DE202006011287U1

DE202006011287U1 - System for homogenizing storage battery cell electrolyte material concentration, has battery charging device with regulation unit for regulating circulation device

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Publication number: DE202006011287U1
Application number: DE202006011287U
Authority: DE
Original assignee: Hoppecke Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Hoppecke Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-22
Filing date: 2006-07-22
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2016-07-23

Abstract

A homogenization system has a charging device for charging the storage battery as well as a circulation device for circulating the electrolyte. The charging device has a control/regulation unit available for regulating the circulation device, which has a pump i.e. a centrifugal pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Homogenisieren einer Stoffkonzentration eines Elektrolyten in einer Zelle eines Akkumulators, mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkumulators sowie mit einer Umwälzvorrichtung zum Umwälzen des Elektrolyten.The The invention relates to a system for homogenizing a substance concentration an electrolyte in a cell of a rechargeable battery, with a Charging device for charging the accumulator and with a circulating device to circulate of the electrolyte.

Aus dem Stand der Technik ist es hinlänglich bekannt, daß sich während eines Ladevorganges eines Akkumulators die Dichte eines im Akkumulator befindlichen Elektrolytens erhöht. Diese Dichteerhöhung findet aber nicht gleichmäßig über den gesamten Elektrolyten statt. Es bilden sich vielmehr inhomogene Stoffkonzentrationen im Elektrolyten aus, was sich nachteilig auf die Eigenschaften des Akkumulators auswirkt, insbesondere dann, wenn an einer Elektrode des Akkumulators über deren Erstreckung unterschiedliche Elektrolytkonzentrationen vorliegen.Out In the prior art, it is well known that during a Charging an accumulator the density of one located in the accumulator Electrolytes increased. This density increase but does not find even over the entire electrolyte instead. Rather, they are inhomogeneous Substance concentrations in the electrolyte, which is disadvantageous affects the properties of the accumulator, in particular, if different at an electrode of the accumulator over the extent thereof Electrolyte concentrations are present.

Um diesem vorbekannten Problem zu begegnen, ist es bereits vorgeschlagen worden, den im Akkumulator befindlichen Elektrolyten zu homogenisieren, das heißt eine homogene Stoffkonzentration im Elektrolyten auszubilden. Zum Zwecke der Elektrolythomogenisierung wurden unterschiedliche Homogenisierungseinrichtungen vorgeschlagen.Around It is already proposed to counter this previously known problem been used to homogenize the electrolyte in the accumulator, this means to form a homogeneous substance concentration in the electrolyte. To the For purposes of electrolyte homogenization, different homogenizers have been used proposed.

So ist es aus dem Stand der Technik zum Beispiel bekannt, durch aufsteigende Gasblasen von am Ende eines Aufladevorganges gebildeten Wasserstoff- und Sauerstoffgasen eine Durchmischung des Elektrolyten zu erreichen. Dieser Vorgang der Überladung benötigt jedoch zusätzliche Ladezeit und Ladeenergie und ist insofern nicht frei von Nachteilen.So For example, it is known from the prior art, by ascending Gas bubbles from hydrogen formed at the end of a charging process and oxygen gases to achieve a thorough mixing of the electrolyte. This process of overloading needed however additional Charging time and charging energy and is thus not free of disadvantages.

Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, Druckluft in den Elektrolyten einzublasen, um auf diese Weise eine Durchmischung des Elektrolyten zu erzielen. Es hat sich allerdings als nachteilig herausgestellt, daß durch die an der Oberfläche des Elektrolyten platzenden Gasblasen eine Säureverschleppung bewirkt wird. Darüber hinaus erweist sich die Elektrolytumwälzung durch Druckluft bei Einsatz von Rekombinatoren als nachteilig, da diese bei großen Luftmengen ihre Funktion nicht mehr ausführen können.Out The prior art also discloses compressed air in the electrolyte to blow in order to in this way a thorough mixing of the electrolyte to achieve. However, it has proved disadvantageous that by the on the surface the electrolyte bursting gas bubbles an acid carryover is effected. About that In addition, the electrolyte circulation proves by compressed air when using Recombinants as disadvantageous, since these function in large amounts of air can not execute anymore.

Ferner ist es aus der EP 1 422 772 bekannt, eine Elektrolytumwälzung zum Zwecke der Elektrolythomogenisierung mittels einer Pumpen-Anordnung durchzuführen. Sinn und Zweck der Pumpen-Anordnung ist es, den Elektrolyten umzuwälzen und hierdurch eine Homogenisierung desselben zu bewirken. Im Praxiseinsatz hat sich insbesondere diese Art der Elektrolytumwälzung als vorteilhaft herausgestellt.Furthermore, it is from the EP 1 422 772 It is known to carry out an electrolyte circulation for the purpose of electrolyte homogenization by means of a pump arrangement. The purpose of the pump arrangement is to circulate the electrolyte and thereby to homogenize it. In practice, in particular, this type of electrolyte circulation has proven to be advantageous.

Zum Aufladen eines Akkumulators dient eine aus dem Stand der Technik an sich bekannte Ladevorrichtung. Eine solche Ladevorrichtung ist beispielsweise aus der DE 203 10 318 bekannt.To charge a battery is a known from the prior art charging device. Such a charging device is for example from the DE 203 10 318 known.

Die in der DE 203 10 318 beschriebene Vorrichtung zur Auf- und/oder Entladung eines elektrischen Energiespeichers verfügt über eine Bedieneinheit, ein Anzeigendisplay und eine optische Signaleinrichtung in Form einer sogenannten Signalisierungseinheit. Das Anzeigedisplay und/oder die Signaleinrichtung dienen dazu, die sich während eines Ladevorganges einstellenden Betriebszustandsgrößen des Akkumulators benutzerfreundlich anzuzeigen. Über die Bedieneinheit ist es benutzerseitig zudem möglich, Ladeparameter wahlweise vorzugeben.The in the DE 203 10 318 described device for charging and / or discharging an electrical energy storage device has an operating unit, a display display and an optical signal device in the form of a so-called signaling unit. The display display and / or the signaling device serve to display the operating state variables of the accumulator that occur during a charging process in a user-friendly manner. It is also possible on the user side via the operating unit to optionally specify loading parameters.

Obgleich sich sowohl die aus der DE 203 10 318 bekannte Ladevorrichtung als auch die aus der EP 1 422 772 bekannte Elektrolytumwälzung im Praxiseinsatz bewährt haben, besteht nach wie vor Verbesserungsbedarf, insbesondere mit Blick auf einen wünschenswerterweise einfach durchzuführenden und hinsichtlich der erforderlichen Ladezeit und Ladeenergie optimierten Ladevorgang.Although both from the DE 203 10 318 known loading device as well as from the EP 1 422 772 known electrolyte circulation has proven in practice, there is still room for improvement, especially with regard to a desirable easy to perform and optimized in terms of the required charging time and charging energy charging.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System zum Homogenisieren einer Stoffkonzentration eines Elektrolyten in einer Zelle eines Akkumulators bereitzustellen, das einen einfachen und zugleich hinsichtlich Ladezeit und Ladeenergie optimierten Ladevorgang ermöglicht.It It is therefore the object of the invention to provide a system for homogenizing a substance concentration of an electrolyte in a cell of a To provide accumulator that is simple and at the same time Charging time and charging optimized charging process allows.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ladevorrichtung über eine Regeleinheit verfügt, mittels welcher die Umwälzvorrichtung regelbar ist.to solution This object is proposed with the invention that the loading device via a Control unit has, by means of which the circulating device is controllable.

Der mittels einer Ladevorrichtung aufzuladende Akkumulator verfügt in an sich bekannter Weise über eine Umwälzeinrichtung zum Zwecke der Elektrolythomogenisierung. Die Umwälzeinrichtung ist bedarfsgerecht regelbar, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß die Ladevorrichtung, an die der Akkumulator zum Zwecke der Aufladung angeschlossen ist, über eine Regeleinheit verfügt, mittels welcher die Regelung der Umwälzvorrichtung stattfindet.Of the by means of a charging device to be charged battery has in known way over a circulation device for the purpose of electrolyte homogenization. The circulation device is according to requirements, whereby according to the invention it is provided that the loading device, to which the accumulator is connected for the purpose of charging, via a Control unit has, by means of which the regulation of the circulating device takes place.

Die Ladevorrichtung verfügt in an sich bekannter Weise über eine Bedieneinheit, die es dem Benutzer ermöglicht, Ladeparameter, wie zum Beispiel Ladestrom, Ladespannung oder Ladezeit vorzugeben. In Abhängigkeit der benutzerseitig vorgegebenen Ladeparameter regelt die erfindungsgemäß in der Ladevorrichtung vorgesehene Regeleinheit die Umwälzvorrichtung des an die Ladevorrichtung angeschlossenen Akkumulators. Zu diesem Zweck steht die Regeleinrichtung der Ladevorrichtung und der Umwälzvorrichtung des Akkumulators in kommunikationstechnischer Verbindung.The charging device has, in a manner known per se, an operating unit which enables the user to specify charging parameters, such as charging current, charging voltage or charging time. Depending on the user-specified charging parameters, the control unit provided according to the invention in the charging device controls the circulating device of the accumulator connected to the charging device. For this purpose, the control device of the charging device and the circulating device of the accumulator is in kommu technical connection.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Systems ergibt sich daraus, daß während eines Aufladevorganges die Stoffkonzentration des im Akkumulator befindlichen Elektrolytens homogenisiert wird, und zwar in Abhängigkeit sich unter Umständen während eines Ladevorganges ändernden Ladeparametern. Damit wird ein hinsichtlich Ladezeit und Ladeenergie optimierter Ladevorgang erreicht. Benutzerseitige Eingriffe sind während eines Ladevorganges nicht erforderlich, so daß dieser darüber hinaus in einfacher Weise durchgeführt werden kann.Of the particular advantage of the invention proposed system results from the fact that during a Charging process, the concentration of the substance in the accumulator Electrolytes is homogenized, depending on in some circumstances while a charging process changing charging parameters. This is an optimized in terms of charging time and charging energy Charging achieved. User intervention is during a charging process not required, so this about that can be carried out in a simple manner.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regeleinheit mit einer Meßeinrichtung die Homogenität der Stoffkonzentration des Elektrolyten mißt und ein der detektierten Homogenität entsprechendes Signal abgibt, die mit einer Vergleichsschaltung dieses Signal mit einem vorgebbaren Sollwert vergleicht und bei Ungleichheit die Umwälzvorrichtung entsprechend nachregelt. Dies erlaubt einen vollständig automatisierten Ladevorgang. Benutzerseitig sind lediglich zu Beginn des Ladevorganges die gewünschten Ladeparameter vorzugeben. Alsdann erfolgt der Ladevorgang ohne einen weiteren notwendig werdenden Benutzereingriff. Da der Elektrolyt durch die Umwälzeinrichtung stetig umgewälzt, das heißt homogenisiert wird, und zwar in Abhängigkeit von sich während des Ladevorganges unter Umständen ändernden Ladeparametern, ergibt sich ein insgesamt optimierter Ladevorgang, der insbesondere ladezeit- und ladeenergieeffizient durchführbar ist.According to one Another feature of the invention is provided that the control unit with a measuring device the homogeneity the substance concentration of the electrolyte measures and one of the detected homogeneity corresponding Outputs a signal that compares this signal with a comparator circuit a predetermined target value compares and inequality the circulating device adjusted accordingly. This allows a completely automated Charging. User are only at the beginning of the charging process the desired Specify loading parameters. Then the charging process takes place without one further necessary user intervention. As the electrolyte continuous by the circulation device circulated this means is homogenized, depending on itself during the Charging may change Charging parameters, results in an overall optimized charging process, in particular charging time and charging energy efficient feasible.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Umwälzvorrichtung eine Pumpe auf. Vorzugsweise ist die Pumpe eine Verdrängungspumpe, insbesondere eine Membranpumpe, oder eine Kreiselpumpe. Mittels der Pumpe wird der Elektrolyt innerhalb des Akkumulators umgewälzt, was eine Elektrolythomogenisierung bewirkt. Mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Regeleinheit wird im Falle der Verwendung einer Pumpe beispielsweise die Drehzahl der Pumpe geregelt bzw. gesteuert. Über die Drehzahl der Pumpe läßt sich die Durchflußrate und damit der Grad der Elektrolytumwälzung festlegen, das heißt regeln.According to one Another feature of the invention, the circulation device on a pump. Preferably is the pump a positive displacement pump, in particular a diaphragm pump, or a centrifugal pump. through pump the electrolyte is circulated within the accumulator, what causes an electrolyte homogenization. By means of the inventively provided Control unit is in the case of using a pump, for example, the Speed of the pump regulated or controlled. About the speed of the pump let yourself the flow rate and thus determine the degree of electrolyte circulation, that is regulate.

Die Ladevorrichtung verfügt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung über ein Bedienfeld, ein Anzeigendisplay sowie eine Signaleinrichtung.The Loading device features according to another Feature of the invention over a control panel, a display display and a signaling device.

Die Signaleinrichtung dient vorzugsweise der optischen Anzeige einer Betriebszustandsgröße eines an die Ladevorrichtung angeschlossenen Akkumulators. Dabei wird mittels der Signaleinrichtung bevorzugterweise der Ladezustand des Akkumulators angezeigt. Die Signaleinrichtung kann insofern auch als Ladezustandsanzeige bezeichnet werden.The Signal device is preferably the optical display of a Operating state size of a Battery connected to the charging device. It will by means of the signal device preferably the state of charge of Accumulator displayed. The signaling device can insofar also be referred to as a charge status indicator.

Die Signaleinrichtung kann je nach Ladezustand des an die Ladevorrichtung angeschlossenen Energiespeichers vorzugsweise farbig aufleuchten. Mehrere Farben sind in diesem Zusammenhang denkbar, zum Beispiel Rot, Gelb, Grün und/oder Blau. Je nach angezeigter Farbe kann der Benutzer vorzugsweise schon aus der Ferne erkennen, in welchem Ladezustand sich ein an die Ladevorrichtung angeschlossener Energiespeicher befindet. Den von der Signaleinrichtung anzeigbaren Farben kann beispielsweise folgende Bedeutung zukommen:
Leuchtet die Signaleinrichtung rot auf, so bedeutet dies, daß eine Störung vorliegt. Aufgrund dieser Störung wird der an die Ladevorrichtung angeschlossene Akkumulator nicht aufgeladen. Leuchtet die Signaleinrichtung gelb auf, so signalisiert dies, daß der Aufladevorgang gegenwärtig ordnungsgemäß abläuft. Die Farbe Grün kann bedeuten, daß die Ladevorrichtung den daran angeschlossenen Akkumulator ordnungsgemäß aufgeladen hat, der Aufladevorgang also abgeschlossen ist. Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß die Signaleinrichtung blau aufleuchtet, nämlich dann, wenn sich die Ladevorrichtung im Standby-Modus befindet, das heißt die Ladevorrichtung betriebsbereit ist, ein Akkumulator an die Ladevorrichtung aber noch nicht angeschlossen ist.The signal device may preferably light up in color, depending on the state of charge of the energy store connected to the charging device. Several colors are conceivable in this context, for example red, yellow, green and / or blue. Depending on the displayed color, the user can preferably already recognize from a distance in which state of charge an energy store connected to the charging device is located. The colors that can be displayed by the signal device may have the following meaning, for example:
If the signaling device lights up red, this means that there is a fault. Due to this disturbance, the accumulator connected to the charging device is not charged. If the signaling device lights up yellow, this indicates that the charging process is currently taking place correctly. The color green may mean that the charging device has properly charged the accumulator connected to it, the charging process is thus completed. Finally, it can be provided that the signaling device lights up blue, namely, when the charging device is in standby mode, that is, the charging device is ready for use, but an accumulator to the charging device is not yet connected.

Das vorzugsweise an der Ladevorrichtung angeordnete Anzeigendisplay dient dazu, dem Benutzer im Detail verschiedene Betriebszustandsgrößen des an die Ladevorrichtung angeschlossenen Akkumulators anzuzeigen. So kann das Anzeigedisplay gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung beispielsweise dazu dienen, die noch zu erwartende Ladezeit eines an die Ladevorrichtung angeschlossenen und aufzuladenden Akkumulators anzuzeigen. Darüber hinaus kann das Anzeigendisplay dazu dienen, dem Benutzer bestimmte Symbole darzustellen, wie zum Beispiel eine eine Störung symbolisierende Grafik oder eine die verbleibende Restladezeit grafisch darstellende Anzeige.The preferably on the loading device arranged display display serves to provide the user in detail various operating state variables of the to display the accumulator connected to the charging device. Thus, the display panel according to a particular feature of the invention, for example, serve the expected charging time of a connected to the charger and accumulator to be charged. In addition, the ad display can do this serve to show the user certain symbols, such as one a fault symbolizing graphic or the remaining time remaining graphically performing display.

Das Anzeigendisplay kann ferner dazu dienen, die Aktivität der Umwälzeinrichtung darzustellen, beispielsweise durch die Angabe der Drehzahl im Falle einer als Pumpe ausgebildeten Umwälzeinrichtung. Ferner kann der Grad der erreichten und/oder noch zu erreichenden Elektrolythomogenität angezeigt werden. Selbstredend können mittels des Anzeigendisplays auch Fehlstörungen oder Abweichungen von eigentlich gewünschten Ladeparametern angezeigt werden.The Advertisement display may also serve to indicate the activity of the circulating device represent, for example, by indicating the speed in the case designed as a pump circulation device. Furthermore, can the degree of achieved and / or yet to be achieved electrolyte homogeneity become. Of course you can by means of the display display also malfunctions or deviations from actually desired Charging parameters are displayed.

Die Bedieneinheit der Ladevorrichtung dient schließlich dazu, benutzerseitig Vorgaben hinsichtlich des Ladevorganges zu machen. So können über das Bedienfeld beispielsweise der Ladestrom, die Ladespannung, die Ladezeit, die Drehzahl einer als Pumpe ausgebildeten Umwälzvorrichtung oder dergleichen vorgegeben werden.The operating unit of the charging device finally serves to make user-side defaults with regard to the charging process. Thus, for example, the charging current, the charging voltage, the charging time, the speed of one as Pump trained circulating device or the like can be specified.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Umwälzeinrichtung eine Pumpe auf. Als Antrieb für die Pumpe kann ein elektrischer Motor vorgesehen sein. Auf diese Weise kann ein robuster und kompakter Antrieb erreicht werden, wobei die Stromversorgung des Motors zweckmäßigerweise durch den aufzuladenden Akkumulator bereitgestellt wird. Der Motor ist in diesem Falle vorzugsweise ein Gleichstrommotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, der sich durch geringen Wartungsaufwand und große Zuverlässigkeit auszeichnet. Der Motor kann jedoch auch durch einen elektrisch betreibbaren Hubmagneten gebildet sein, dessen Hubkolben beispielsweise über ein Gestänge mit einer Membran einer Membranpumpe in Wirkverbindung stehen. Durch mehrmaliges Aktivieren und/oder Deaktivieren des Hubmagneten kann so eine Hin- und Herbewegung erzeugt werden, die entsprechende Bewegungen der Membran bewirkt. Rotierende Teile können somit weitgehend eingespart werden. Dem gegenüber steht jedoch ein höherer Regelungsaufwand im Vergleich zu einem Gleichstrommotor.In A preferred embodiment of the invention comprises the circulation device a pump on. As drive for the pump may be provided with an electric motor. To this Way, a robust and compact drive can be achieved, wherein the power supply of the engine expediently by the aufzuladenden Accumulator is provided. The engine is preferred in this case a DC motor, in particular a brushless DC motor, which is characterized by low maintenance and high reliability. The motor However, it can also be formed by an electrically operable lifting magnet be, the reciprocating piston, for example, via a linkage with a membrane of a diaphragm pump are in operative connection. By multiple activation and / or deactivation of the solenoid can as a back and forth motion are generated, the corresponding movements the membrane causes. Rotating parts can thus be largely eliminated become. Opposite is however a higher one Control effort compared to a DC motor.

Die Pumpe der Umwälzeinrichtung wird gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung pulsierend angetrieben. „Pulsierend" im Sinne der Erfindung heißt, daß die Pumpe für einen vorbestimmbaren Zeitraum betätigt wird, infolgedessen eine gewünschte Umwälzung erfolgt. Im Anschluß an die durch die Pumpe bewirkte Umwälzung folgt eine Ruhephase. Während dieser Ruhephase steht die Pumpe still, das heißt eine Umwälzung des Elektrolyten findet nicht statt. Nach Beendigung der Ruhephase folgt dann wieder eine Umwälzphase, das heißt die Pumpe wird zum Zwecke einer Elektrolytumwälzung eingeschaltet. Die Anzahl der während eines Ladevorganges insgesamt vorzusehenden Ruhe- und Umwälzphasen sowie die Zeitdauer dieser Phasen werden durch die an den aufzuladenden Akkumulator angeschlossene Ladevorrichtung automatisch gesteuert. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß zu Beginn eines Ladevorganges zunächst mit einer Umwälzphase gestartet wird, die beispielsweise drei Minuten dauert. Alsdann folgt eine Ruhephase von zum Beispiel zwei Stunden. Im Anschluß an die Ruhephase folgt eine weitere Umwälzphase von zum Beispiel zehn Minuten. Es folgen dann weitere Ruhephasen von zum Beispiel zwei Stunden und Umwälzphasen von zum Beispiel zehn Minuten, bis der Ladevorgang abgeschlossen ist. Wichtig ist, daß die Umwälzphasen nicht zu lange andauern, weil dies die Gefahr von unerwünschten Wasserverlusten mit sich bringt.The Pump of the circulation device will according to one special feature of the invention driven pulsating. "Pulsating" in the sense of the invention is called, that the Pump for a predeterminable period is actuated, consequently a desired circulation he follows. In connection to the circulation caused by the pump follows a rest period. While This rest phase, the pump is stationary, that is, a circulation of the electrolyte finds not happening. After completion of the rest period then followed by another Umwälzphase, this means the pump is turned on for the purpose of electrolyte circulation. The number while a total charging process to be provided rest and Umwälzphasen as well as the duration of these phases are to be charged by the at the Accumulator connected charger automatically controlled. It may be provided, for example, that at the beginning of a charging process first with a circulation phase is started, for example, takes three minutes. then follows a rest period of, for example, two hours. Following the rest phase follows another Umwälzphase for example, ten minutes. It then followed by more rest periods of, for example, two hours and circulation periods of, for example, ten Minutes until charging is complete. It is important that the Umwälzphasen Do not last too long because this is the risk of unwanted Water loss brings with it.

Innerhalb der Ruhephasen kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß durch Messung des Drucks innerhalb des Akkumulators mögliche Leckagen erkannt werden, die mit einem Druckabfall einhergehen. Eine Leckageerkennung kann insofern in einfacher Weise und zeitnah zur eingetretenen Leckage erfolgen.Within the rest phases can according to a Another feature of the invention be provided that by Measuring the pressure within the accumulator possible leaks can be detected associated with a pressure drop. A leakage detection can insofar done in a simple manner and in a timely manner to the occurred leakage.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Fign. Dabei zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description with reference to FIGS. Showing:

1 in einer schematischen Darstellung eine Ladevorrichtung mit einem daran angeschlossenen Akkumulator sowie 1 in a schematic representation of a charging device with a battery connected thereto and

2 in einer schematischen Darstellung eine Umwälzvorrichtung. 2 in a schematic representation of a circulating device.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ladevorrichtung 1 sowie einen daran angeschlossenen Akkumulator 2. Die Ladevorrichtung 1 ist ein Ladegerät in Form eines Standladegeräts, an den ein Akkumulator 2, beispielsweise ein Blei-Säure-Akkumulator zum Zwecke der Aufladung angeschlossen ist. 1 shows a schematic representation of a charging device 1 and a battery connected to it 2 , The loading device 1 is a charger in the form of a stand-alone charger to which a battery 2 , For example, a lead-acid battery is connected for the purpose of charging.

Zur elektrischen Kontaktierung von Ladevorrichtung 1 und Akkumulator 2 dient eine aus zwei Kabeln 5 und 6 bestehende Anschlußeinrichtung 7, wobei das eine Kabel 5 an einen ersten Akkumulatorpol 3 und das andere Kabel 6 an einen zweiten Akkumulatorpol 4 elektrisch angeschlossen sind. Die Ladevorrichtung 1 ist als solche an eine Stromversorgung 8 angeschlossen, beispielsweise zur Stramversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz.For electrical contacting of charging device 1 and accumulator 2 serves one of two cables 5 and 6 existing connection device 7 , where the one cable 5 to a first accumulator pole 3 and the other cable 6 to a second accumulator pole 4 are electrically connected. The loading device 1 as such is connected to a power supply 8th connected, for example, to the Stramversorgung from the public power grid.

Die Ladevorrichtung 1 verfügt über eine in den Fign. nicht dargestellte Einrichtung zur Ermittlung wenigstens einer Betriebszustandsgröße des an die Ladevorrichtung 1 angeschlossenen Akkumulators 2. Diese Einrichtung ist innerhalb des Gehäuses 9 der Ladevorrichtung 1 angeordnet.The loading device 1 has a in the Fign. not shown means for determining at least one operating state quantity of the charging device 1 connected accumulator 2 , This device is inside the case 9 the loader 1 arranged.

Die Ladevorrichtung 1 verfügt frontseitig, das heißt mit Blickrichtung auf die Ladevorrichtung 1 nach 1 über ein Anzeigendisplay 11 sowie über eine Bedieneinheit 10. Sowohl das Anzeigendisplay 11 als auch die Bedieneinheit 10 sind mit Bezug auf die Blattebene nach 1 frontseitig der Ladevorrichtung 1 zugänglich.The loading device 1 has front, that is with a view of the loader 1 to 1 via a display 11 as well as via an operating unit 10 , Both the ad display 11 as well as the control unit 10 are behind with respect to the leaf level 1 front of the loader 1 accessible.

Die Ladevorrichtung 1 verfügt des weiteren über eine optische Signaleinrichtung 12 für die wenigstens eine Betriebszustandsgröße des an die Ladevorrichtung 1 angeschlossenen Akkumulators 2. Mittels der Signaleinrichtung 12 wird vorzugsweise der Ladezustand des an die Ladevorrichtung 1 angeschlossenen Akkumulators 2 wiedergegeben, wobei die Signaleinrichtung 12 in Abhängigkeit des detektierten Ladezustandes des Akkumulators 2 farbig aufleuchtet.The loading device 1 furthermore has an optical signal device 12 for the at least one operating state quantity of the charge device 1 connected accumulator 2 , By means of the signaling device 12 is preferably the state of charge of the charging device 1 connected accumulator 2 reproduced, wherein the signaling device 12 depending on the detected state of charge of the accumulator 2 colored lights.

Die Signaleinrichtung 12 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und oberseitig des Gehäuses 9 an diesem angeordnet. Die Signaleinrichtung 12 befindet sich in Höhenrichtung also oberhalb des Anzeigendisplays 11 und wird vom Gehäuse 9 getragen. Die oberseitige Anordnung der Signaleinrichtung 12 am Gehäuse 9 ist insofern von Vorteil, als daß sie um 360° um die Ladevorrichtung 1 herum, das heißt aus allen vier Himmelsrichtungen von einem Benutzer wahrnehmbar ist. Die Signaleinrichtung 12 ist mithin nicht nur bei einer frontseitigen Ansicht der Ladevorrichtung 1 zu erkennen. Damit kann die Signaleinrichtung 12 in vorteilhafter Weise von einem Benutzer auch aus weiter Entfernung zur Ladevorrichtung 1 aus jeder beliebigen Position relativ zur Ladevorrichtung 1 wahrgenommen werden.The signaling device 12 is preferably cylindrical and the upper side of the housing 9 arranged at this. The signaling device 12 is located in the height direction above the display 11 and gets from the case 9 carried. The top-side arrangement of the signaling device 12 on the housing 9 is advantageous in that it is 360 ° around the loading device 1 around, that is perceivable from all four directions by a user. The signaling device 12 is therefore not only at a front view of the charger 1 to recognize. Thus, the signaling device 12 advantageously by a user even from a distance to the loading device 1 from any position relative to the loader 1 be perceived.

Das Anzeigendisplay 11 dient einem Benutzer beispielsweise zur detaillierten Anzeige im besonderen dargestellter Betriebszustandsgrößen. So kann mittels des Anzeigendisplays 11 beispielsweise der Ladestrom, die Ladespannung oder die Ladetemperatur des an die Ladevorrichtung 1 angeschlossenen Akkumulators 2 angezeigt werden. Zudem ist es möglich, die noch verbleibende Restlaufzeit eines Ladevorganges anzuzeigen, auch mittels grafischer Symbole.The ad display 11 serves a user, for example, for detailed display in particular illustrated operating state variables. Thus, by means of the display display 11 for example, the charging current, the charging voltage or the charging temperature of the charging device 1 connected accumulator 2 are displayed. In addition, it is possible to display the remaining time of a charging process, also by means of graphic symbols.

Die Bedieneinheit 10 dient der Eingabe von benutzerseitig frei vorgebbaren Ladeparametern. So kann beispielsweise über die Bedieneinheit 10 die Ladespannung, der Ladestrom oder die Ladezeit vorgegeben werden.The operating unit 10 serves the input of user-freely definable charging parameters. For example, via the operating unit 10 the charging voltage, the charging current or the charging time are specified.

Die Ladevorrichtung 1 verfügt des weiteren über eine Regeleinheit 14. Deren Funktion wird im weiteren noch im Detail beschrieben werden.The loading device 1 furthermore has a control unit 14 , Their function will be described in detail below.

Wie insbesondere aus 2 zu erkennen ist, verfügt der Akkumulator 2 über eine Umwälzeinrichtung 13. Sinn und Zweck der Umwälzeinrichtung 13 ist es, den im Akkumulator 2 befindlichen Elektrolyten 36 zum Zwecke der Homogenisierung umzuwälzen. Die Umwälzvorrichtung 13 ist über eine kommunikationstechnische Verbindung 15 an die Regeleinheit 14 der Ladevorrichtung 1 angeschlossen, wie dies die 1 und 2 erkennen lassen.As in particular from 2 The accumulator is recognizable 2 via a circulation device 13 , Purpose of the Umwälzeinrichtung 13 is it, in the accumulator 2 located electrolyte 36 for the purpose of homogenization. The circulating device 13 is via a communication connection 15 to the control unit 14 the loader 1 connected, like this one 1 and 2 reveal.

Zur Darstellung nach 2 im einzelnen:
In 2 ist eine Schnittansicht durch eine Zelle 17 eines Akkumulators 2 dargestellt, der bis zu einem Pegel 38 mit einem Elektrolyten 36 befällt ist. In der Zelle 17 sind in 2 nicht dargestellte Elektroden angeordnet, die jeweils mit den in 2 nicht näher dargestellten Akkumulatorpolen 3 und 4 des Akkumulators 2 elektrisch in Wirkverbindung und mit dem Elektrolyten 36 in Kontakt stehen.For illustration 2 in detail:
In 2 is a sectional view through a cell 17 a rechargeable battery 2 shown that up to a level 38 with an electrolyte 36 is affected. In the cell 17 are in 2 not shown arranged electrodes, each with the in 2 not shown accumulator poles 3 and 4 of the accumulator 2 electrically in communication and with the electrolyte 36 stay in contact.

Das Gehäuse 16 des Akkumulators 2 ist oberseitig mit einem Deckel 18 gasdicht verschlossen. Der Deckel 18 weist eine Öffnung 20 auf, in welcher eine in die Akkumulatorzelle 17 hineinragende Hülse 21 angeordnet ist. Im Bereich der Öffnung 20 ist deckelseitig ein nach innen gerichteter Kragen 19 ausgebildet, der mit einem in einer Ringnut 22 der Hülse 21 angeordneten O-Ring 23 eine Dichtung bildet.The housing 16 of the accumulator 2 is on the top side with a lid 18 sealed gas-tight. The lid 18 has an opening 20 in which one into the accumulator cell 17 protruding sleeve 21 is arranged. In the area of the opening 20 is on the lid side an inwardly directed collar 19 formed, with one in an annular groove 22 the sleeve 21 arranged O-ring 23 forms a seal.

Die Hülse 21 erstreckt sich ausgehend vom Gehäusedeckel 18 bis in den Elektrolyten 36. Das in den Elektrolyten 36 hineinragende Ende der Hülse 21 ist mittels eines Bodens 24 verschlossen.The sleeve 21 extends from the housing cover 18 into the electrolyte 36 , That in the electrolyte 36 protruding end of the sleeve 21 is by means of a soil 24 locked.

Zentrisch zur Mittelachse der Hülse 21 weist der Boden 24 der Hülse 21 eine Öffnung 25 auf, durch die eine Antriebswelle 26 für eine Kreiselpumpe 39 ragt. An deren oberen Ende ist die Antriebswelle 26 mit einer nicht näher dargestellten Motorwelle eines Gleichstrommotors 27 verbunden. Aus Wartungsgründen ist der Gleichstrommotor 27 bürstenlos ausgebildet.Centric to the central axis of the sleeve 21 points the ground 24 the sleeve 21 an opening 25 on, through which a drive shaft 26 for a centrifugal pump 39 protrudes. At its upper end is the drive shaft 26 with a motor shaft of a DC motor, not shown 27 connected. For maintenance reasons, the DC motor 27 brushless trained.

Im Bereich des Durchganges der Antriebswelle 26 durch die im Boden 24 ausgebildete Öffnung 25 ist in der Hülse 21 ein weiterer O-Ring 28 vorgesehen. Dieser dient neben einer Funktion als Dichtung zugleich als Lagerung für die Antriebswelle 26.In the area of the passage of the drive shaft 26 through the ground 24 trained opening 25 is in the sleeve 21 another o-ring 28 intended. This serves in addition to a function as a seal at the same time as storage for the drive shaft 26 ,

An dem dem Motor 27 gegenüberliegenden Ende der Hülse 21 ist ein Pumpengehäuse 29 befestigt. Dieses weist seitlich unterhalb des Bodens 24 eine Ansaugöffnung 30 auf.On the engine 27 opposite end of the sleeve 21 is a pump housing 29 attached. This points laterally below the floor 24 a suction port 30 on.

An dem dem Motor 27 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 26 ist unterhalb der seitlichen Ansaugöffnung 30 ein Flügelrad 31 angeordnet. Bei einer Rotation der Antriebswelle 26 wird durch die rotierenden Flügel des Flügelrads 31 der über die Ansaugöffnung 30 angesaugte Elektrolyt 36 in Richtung des Austritts 32 des Pumpengehäuses 29 beschleunigt.On the engine 27 opposite end of the drive shaft 26 is below the side intake 30 an impeller 31 arranged. With a rotation of the drive shaft 26 is due to the rotating blades of the impeller 31 the over the intake 30 sucked electrolyte 36 in the direction of the exit 32 of the pump housing 29 accelerated.

Das Pumpengehäuse 29 weist im Bereich des Austrittes 32 einen Stutzen 33 auf, an dem ein Schlauch 34 befestigt ist. Über den Schlauch 34 wird der angesaugte und beschleunigte Elektrolyt 36 in den unteren Bereich der Zelle 17 des Akkumulators 2 gefördert. Durch die hierdurch bewirkte Zirkulation des Elektrolyten 36 wird eine Homogenisierung der Stoffkonzentration innerhalb des Elektrolyten 36 erreicht.The pump housing 29 points in the area of the exit 32 a neck 33 on, on which a hose 34 is attached. About the hose 34 becomes the sucked and accelerated electrolyte 36 in the lower part of the cell 17 of the accumulator 2 promoted. By this caused circulation of the electrolyte 36 is a homogenization of the substance concentration within the electrolyte 36 reached.

Für eine ordnungsgemäße Umwälzung des Elektrolyten 36 ist es erforderlich, daß die Kreiselpumpe 39 keine Luft zieht. Aus diesem Grunde sollte die Ansaugöffnung 30 vollständig innerhalb des Elektrolyten liegen, das heißt der Akkumulator mit Elektrolyt 36 bis zu einem solchen Pegel befüllt sein, daß die Ansaugöffnung 30 unterhalb dieses Pegels liegt. Bei dem beispielhaft eingezeichneten Elektrolytpegel 37 ist dies nicht der Fall.For a proper circulation of the electrolyte 36 it is necessary that the centrifugal pump 39 no air pulls. For this reason, the suction port should 30 are completely within the electrolyte, that is the accumulator with electrolyte 36 be filled to such a level that the suction port 30 is below this level. In the exemplified electrolyte level 37 this is not the case.

Sollte sich ein zu niedriger Elektrolytpegel einstellen, so wird dies einem Benutzer vorzugsweise über das Anzeigendisplay 11 der Ladevorrichtung 1 angezeigt. Für eine Kommunikation zwischen der Ladevorrichtung 1 und der Umwälzeinrichtung 13 dient die kommunikationstechnische Verbindung 15.Should an excessively low electrolyte level occur, this is preferably done to a user via the display 11 the loader 1 displayed. For communication between the charger 1 and the circulation device 13 serves the communication connection 15 ,

Der in vorbeschriebener Weise über die Ansaugöffnung 30 angesaugte und innerhalb des Pumpengehäuses 39 beschleunigte Elektrolyt 36 gelangt über den Stutzen 33 in den daran angeschlossenen Schlauch 34 und verläßt diesen über die Schlauchaustrittsöffnung 35, wodurch die schon vorbeschriebene Zirkulation des Elektrolyten bewirkt wird. Insbesondere der beim Laden eines Blei-Schwefelsäure-Akkumulators auftretende Dichtegradient des Elektrolyten 36 kann auf diese Weise reduziert werden. So stehen die in 2 nicht näher dargestellten Elektroden des Akkumulators 2 permanent in einem weitgehend homogenen Elektrolyten 36, wodurch eine hohe elektrochemische Wirksamkeit erreicht werden kann.The above in the manner described above the suction port 30 sucked and within the pump housing 39 accelerated electrolyte 36 passes over the neck 33 in the connected hose 34 and leaves it via the hose outlet opening 35 , whereby the already described circulation of the electrolyte is effected. In particular, the density gradient of the electrolyte occurring when charging a lead-acid accumulator 36 can be reduced in this way. So are the in 2 not shown electrodes of the accumulator 2 permanently in a largely homogeneous electrolyte 36 , whereby a high electrochemical efficacy can be achieved.

Der Grad der Umwälzung, das heißt die durch die Umwälzvorrichtung 13 bewirkte Elektrolytzirkulation hängt im wesentlichen von der Drehzahl des Flügelrads 31 der Kreiselpumpe 39 ab. Die Flügelraddrehzahl ist erfindungsgemäß regelbar, zu welchem Zweck die in der Ladevorrichtung 1 angeordnete Regeleinheit 14 dient. Dabei verfügt die Regeleinheit vorzugsweise über eine Meßeinrichtung, die die Homogenität der Stoffkonzentration des Elektrolyten mißt und ein der detektierten Homogenität entsprechendes Signal abgibt. Mit einer Vergleichschaltung wird dieses Signal mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen, wobei bei Ungleichheit die Umwälzvorrichtung 13 mittels der Regeleinheit 14 entsprechend nachgeregelt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Umwälzvorrichtung 13 stets in einer solchen Weise betrieben wird, daß die für einen optimierten Ladevorgang erforderliche Elektrolytzirkulation von der Umwälzvorrichtung 13 bewirkt wird.The degree of circulation, that is through the circulation device 13 caused electrolyte circulation depends essentially on the speed of the impeller 31 the centrifugal pump 39 from. The impeller speed is controlled according to the invention, for which purpose in the loading device 1 arranged control unit 14 serves. In this case, the control unit preferably has a measuring device which measures the homogeneity of the substance concentration of the electrolyte and emits a signal corresponding to the detected homogeneity. With a comparison circuit, this signal is compared with a predetermined target value, wherein in case of inequality the circulating device 13 by means of the control unit 14 is readjusted accordingly. In this way it is ensured that the circulating device 13 is always operated in such a manner that the electrolyte circulation required for an optimized charging of the circulating device 13 is effected.

Die Drehzahl des Flügelrades, benutzerseitig vorgegebenen Sollparameter sowie die bewirkte Zirkulation und der sich daraus ergebende Dichtegradient des Elektrolyten 36 können bevorzugterweise vom Anzeigendisplay 11 der Ladevorrichtung 1 angezeigt werden. Dies ermöglicht eine benutzerseitige Kontrolle. Etwaige Veränderungen der Ladeparameter kann der Benutzer über die Bedieneinheit 10 der Ladevorrichtung 1 wahlweise verändern oder vorgeben.The speed of the impeller, the user specified target parameters and the circulation caused and the resulting density gradient of the electrolyte 36 may preferably be from the display 11 the loader 1 are displayed. This allows user-side control. Any changes in the loading parameters can be made by the user via the control unit 10 the loader 1 optionally change or specify.

Mit der Erfindung wird erstmals ein System zum Homogenisieren einer Stoffkonzentration eines Elektrolyten 36 in einer Zelle 17 eines Akkumulators 2 vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Ladeeinrichtung 1, an die der Akkumulator 2 angeschlossen ist, über eine Regeleinheit 14 verfügt, mittels welcher die Umwälzvorrichtung 13 regelbar ist. In vorteilhafter Weise läßt sich so ein hinsichtlich Ladezeit und Ladeenergie optimierter Ladevorgang durchführen. Zudem ergibt sich ein in besonders einfacher Weise durchzuführender Ladevorgang, da benutzerseitig keinerlei Eingriffe während eines Ladevorganges erforderlich sind, da dieser automatisch abläuft. Mittels des Anzeigendisplays 11 und der Signaleinrichtung 12 kann sich der Benutzer zudem über den momentanen Status eines Ladevorganges auf einfache Weise informieren.The invention is the first system for homogenizing a substance concentration of an electrolyte 36 in a cell 17 a rechargeable battery 2 proposed, which is characterized in that the charging device 1 to which the accumulator 2 is connected via a control unit 14 has, by means of which the circulating device 13 is controllable. In an advantageous manner, it is possible to carry out a charging process optimized in terms of charging time and charging energy. In addition, there is a load to be performed in a particularly simple manner, since the user side no interventions during a charging process are required because it runs automatically. By means of the display 11 and the signaling device 12 In addition, the user can easily find out about the current status of a charging process.

11: Ladevorrichtungloader
22: Akkumulatoraccumulator
33: Akkumulatorpolstorage-battery
44: Akkumulatorpolstorage-battery
55: Kabelelectric wire
66: Kabelelectric wire
77: Anschlußrichtungconnection direction
88th: Stromversorgungpower supply
99: Gehäusecasing
1010: Bedieneinheitoperating unit
1111: Anzeigendisplaydisplay display
1212: Signaleinrichtungsignaling device
1313: Umwälzvorrichtungcirculating
1414: Regeleinheitcontrol unit
1515: kommunikationstechnische Verbindungcommunication technology connection
1616: Gehäusecasing
1717: Zellecell
1818: Deckelcover
1919: Kragencollar
2020: Öffnungopening
2121: Hülseshell
2222: Ringnutring groove
2323: O-RingO-ring
2424: Bodenground
2525: Öffnungopening
2626: Antriebswelledrive shaft
2727: Motorengine
2828: O-RingO-ring
2929: Pumpengehäusepump housing
3030: Ansaugöffnungsuction
3131: Flügelradimpeller
3232: Austrittexit
3333: StutzenSupport
3434: Schlauchtube
3535: SchlauchaustrittsöffnungHose outlet opening
3636: Elektrolytelectrolyte
3737: Pegellevel
3838: Pegellevel
3939: Kreiselpumperotary pump

Claims

System for homogenizing a substance concentration of an electrolyte in a cell of an Ak Cumulator, with a charging device for charging the accumulator and with a circulating device for circulating the electrolyte, characterized in that the charging device has a control unit, by means of which the circulating device is regulated.

System according to claim 1, characterized in that the circulating device having a pump.

System according to claim 2, characterized in that the pump a positive displacement pump, in particular a diaphragm pump, or a centrifugal pump is.

System according to claim 2 or 3, characterized that the Speed of the pump by means of the control unit is adjustable.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Loading device has a control panel.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Charger has a display display.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Charging device has a signaling device.

System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Control unit with a measuring device the homogeneity measures the substance concentration of the electrolyte and one of the detected homogeneity corresponding signal outputs that with a comparison circuit compares this signal with a predefinable setpoint and in case of inequality the circulating device adjusted accordingly.