DE1144802B - Vorrichtung zur Konstanthaltung der Spannung in einem elektrischen Stromkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Konstanthaltung der Spannung in einem elektrischen Kreis, der von einem Akkumulator oder einem Primärelement und einem äußeren Belastungswiderstand gebildet wird.

Bei Anwendung von elektrischen Akkumulatoroder Primärbatterien ist es erwünscht, bei der Entladung eine möglichst konstante Spannung zu erhalten. Für gewisse Zwecke sind die Forderungen in dieser Hinsicht äußerst streng. Gleichzeitig ist das Bestreben in der modernen Technik auf immer stärkere Entladeströme gerichtet, so daß der größte Teil der Kapazität einer Batterie in kurzer Zeit, beispielsweise einigen Minuten, ausgenutzt werden kann. Um diese Forderungen zu erfüllen, war es notwendig, immer dünnere und mehrere Elektrodenplatten zu verwenden, so daß die wirksame Oberfläche der Elektroden für eine gegebene Kapazität erhöht wird, und gleichzeitig muß auch auf andere Weise dafür gesorgt werden, den inneren Widerstand der Batterien so gering wie möglich zu halten.

Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß die Batterien, wenn sie überhaupt wirtschaftlich angemessene Dimensionen haben, zu Beginn einer Entladung eine größere Spannung liefern als später, falls der Entladestrom konstant gehalten wird. Dies kann ein schwieriges Problem bedeuten, wenn die zulässigen Spannungsgrenzen sehr gering sind.

Gemäß der Erfindung ist in dem elektrischen Kreis in Serie mit dem Belastungswiderstand ein an sich bekannter weiterer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten angeordnet, dessen Widerstandswert und thermische Trägheit so bemessen sind, daß sein Spannungsabfall beim Entladen des galvanischen Elements mit einer vorher bestimmten Belastung in seinem Verlauf die negative Spannungscharakteristik des Entladungsvorganges kompensiert. Ein solcher Widerstand, der unter anderem unter der Bezeichnung NTC-Widerstand im Handel erhältlich ist, besteht gewöhnlich aus einer gesinterten Masse aus Metalloxyden und gehört also zur Halbleiterklasse. Er hat die Eigenschaft, daß der Widerstandswert bei steigender Temperatur geringer wird, so daß bei Schaltung der Batterie an die Belastung und bei kaltem Widerstand der Widerstandswert verhältnismäßig hoch ist, während er beim Stromdurchfluß geheizt wird und daher der Widerstandswert und damit auch das Spannungsgefälle über den Widerstand geringer wird.

Diese Änderung kann in gewissem Maße dazu ausgenutzt werden, die verhältnismäßig hohe Spannung einer Batterie zu Beginn ihrer Entladung auszugleichen.

Vorrichtung

zur Konstanthaltung der Spannung
in einem elektrischen Stromkreis

Anmelder:

Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner, Stockholm

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 28. November 1956 (Nr. 10 803)

Erik Jönsson, Oskarshamn (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

Man hat zwar bereits eine besondere Widerstandsanordnung, bestehend aus einem ohmschen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten und aus einem parallel geschalteten Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet, jedoch nicht im Zusammenhang mit einem Akkumulator od. dgl. zur Kompensation von dessen anfänglich hoher Spannung. Auch zur Kompensation des Widerstands eines Drehspulinstruments oder eines Relais bei höheren Temperaturen hat man bisher Heißleiter benutzt. Dies geschah jedoch nur zum Ausgleich von Spannungsschwankungen, die durch Belastungs- oder Temperaturänderungen im Verbraucherkreis hervorgerufen werden. Demgegenüber handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung um die Kompensation einer unvermeidlichen Spannungsänderung im Erzeugerkreis, wobei die Größe des Stromflusses durch den Thermistor beim Entladungsvorgang durch dessen Erwärmung den Spannungsabfall am Thermistor mit zunehmender Temperatur allein bestimmt und bei geeigneter Wahl der Kenngrößen des Thermistors den Spannungsabfall der galvanischen Zelle so zu kompensieren erlaubt, daß am Verbraucherwiderstand während des ganzen Entladungsvorganges die gleiche Spannung herrscht.

Hierdurch ist auf einfache Weise eine Spannungsstabilisierung auch für hohe Entladeströme geschaffen, welche sich mittels der bekannten elektronischen,

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d. h. röhrengesteuerten Spannungsstabilisatoren nicht oder nur mit sehr großem Aufwand erreichen läßt. Während bei der gewöhnlichen Verwendung von Thermistoren als Regelorgane deren unvermeidliche thermische Trägheit als Nachteil in Kauf genommen werden mußte, wird gerade diese gemäß der Erfindung ausgenutzt und die Wärmeverhältnisse werden so bemessen, daß der Spannungsabfall beim Einschalten des Akkumulators kompensiert wird.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, die schematisch einige Ausführungsbeispiele darstellen.

Fig. 1 zeigt ein Entladungsdiagramm, das den Grundgedanken der Erfindung erläutert, während

Fig. 2, 3 und 4 drei verschiedene Schaltschemata der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Entladungskurve einer Batterie bei einer gewissen Strombelastung, also die Batteriespannung ν in Abhängigkeit von der Entladedauer t. Die maximale Entladedauer sei etwa zwei Minuten. Das Spannungsgefälle über einen in den Batteriekreis eingeschalteten Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten ändert sich nach der Kurve 2. Im gewählten Beispiel wird eine konstante Spannung von 25 Volt über die an den Kreis angeschaltete Belastung während einer Dauer von zwei Minuten gewünscht. Dies wird dank der Anordnung des Widerstands erzielt. Werden nämlich die der Kurve 2 entsprechenden Spannungswerte von den Spannungswerten nach der Kurve 1 im Diagramm abgezogen, so entsteht die Kurve 3, die eine gerade waagerechte Linie ist und somit eine unveränderte Spannung darstellt.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Schaltung eines thermonegativen Widerstands 4 in Reihe mit der Batterie 5 und der Belastung 6. Über den Widerstand 4 ergibt sich das durch die Kurve 2 in Fig. 1 dargestellte Spannungsgefälle und über die Polklemmen 7, 8 der Belastung die durch die Kurve 3 dargestellte konstante Spannung.

Falls erwünscht, kann der Widerstand so abgestimmt sein, daß an Stelle einer konstanten Spannung eine mit dec Entladungsdauer sich erhöhende Spannung ergibt.

Verschiedene Batterien können Entladekennlinien haben, die stark voneinander abweichen. So können beispielsweise die Dauer und die Größe der Überspannung zu Beginn der Entladung sehr verschieden sein. Es kann daher erwünscht sein, die Änderung des Widerstands zu verzögern oder zu beschleunigen, also den Widerstand mit größerer oder geringerer thermischer Trägheit auszubilden. In Fig. 3 ist der Widerstand 4 von einem Behälter 9 umgeben, der eine Flüssigkeit enthält, z. B. Wasser oder Öl, die zu Beginn der Entladung die im Widerstand erzeugte Wärme aufnimmt, so daß die Temperatur des Widerstands langsamer als sonst ansteigt. Der Durchgangswiderstand fällt daher bei steigender Temperatur nicht so rasch, sondern wird langsamer geringer als in einem Widerstand ohne Wärmespeicher. An Stelle von Flüssigkeit kann ein Metall als Wärmespeichermittel verwendet werden.

Eine geänderte, beispielsweise geringere Wirkung des thermonegativen Widerstands läßt sich durch Kombination desselben mit einem oder mehreren anderen Widerständen ähnlicher Art oder mit gewöhnlichen Widerständen erreichen. Ein Beispiel des letztgenannten Falls ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist außer der Belastung 6 und des damit in Reihe geschalteten Widerstands 4 ein thermopositiver Widerstand 10, also ein gewöhnlicher Widerstand, in den Batteriekreis eingeschaltet, und zwar parallel zum Widerstand 4. Die Widerstände 4 und 10 könnten auch in Reihe miteinander geschaltet sein.

In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Widerstand 4 mit Kühlrippen zu versehen oder andere Maßnahmen vorzunehmen, um die Wärmeabgabe vom Widerstand auf die Umgebung zu erhöhen, so daß die Temperatur des Widerstands zu Beginn der Entladung verhältnismäßig langsam ansteigt. Der Widerstandswert ändert sich dabei nicht so stark wie sonst. In Fig. 4 sind derartige Kühlrippen mit 11 bezeichnet.

Wärmespeichernde Einrichtungen und/oder Kühlrippen können natürlich bei allen Ausbildungen der Erfindung vorgesehen sein, unabhängig von der Art, in welcher der Widerstand in den Batteriekreis eingeschaltet ist.

Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil eines sehr geringen Platzbedarfs, besonders weil der Widerstand vorteilhaft in die Batterie eingebaut sein kann.

Claims (4)

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zur Konstanthaltung der Spannung in einem elektrischen Kreis, der von einem Akkumulator oder einem Primärelement und einem äußeren Belastungswiderstand gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Kreis in Serie mit dem Belastungswiderstand ein an sich bekannter weiterer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten angeordnet ist, dessen Widerstandswert und thermische Trägheit so bemessen sind, daß sein Spannungsabfall beim Entladen des galvanischen Elements mit einer vorher bestimmten Belastung in seinem Verlauf die negative Spannungscharakteristik des Entladungsvorganges kompensiert.

2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in das galvanische Element eingebaut oder mit diesem zusammengebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit oder parallel zu dem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in an sich bekannter Weise ein weiterer Widerstand mit abweichendem Temperaturkoeffizienten in dem Kreis angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Widerstände in an sich bekannter Weise von einem wärmespeichernden Körper umschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 684 886, 646113; Archiv für technisches Messen (ATM), Z 119-5 (Lieferung 236, 1955), S. 209 bis 212.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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