DE2716862C3 - Galvanische Batterie aus einer Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Zellen - Google Patents
Galvanische Batterie aus einer Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer ZellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine galvanische Batterie aus einer Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer
Zellen mit einem niederen Innenwiderstand, die in Serie zueinander liegen und in parallelen Zeilen ml Teilern
ίο zwischen den Zeilen angeordnet und in einer Einheit
aufgebaut und verpackt sind, und mit einer auf Wärme ansprechenden Einrichtung zur Regelung des Stromes.
In letzter Zeit wurden galvanische Batterien entwikkelt,
die eine Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Zellen mit kleinem Innenwiderstand, z.B. Nickel-Cadmium-Zellen
enthalten, welche in Serie geschaltet und angeordnet sind und in Halterungen aus isolierendem
Material gehalten werden und eine Einheit bilden. Die Batterien besitzen einen kleinen Innenwiderstand
und lassen sich im Vergleich zu ihrem kleinen Volumen mit einem hohen Ladestrom aufladen und mit einem
hohen Entladestrom entladen.
Beim Aufladen oder Entladen derartiger Batterien kann es unter Umständen zu einem extrem hohen Strom
kommen. Die Temperatur der Zellen wird dann unerwünscht groß, und es erhöht sich dadurch ebenfalls
der Innendruck in <Jen Zellen. Um diesem Problem zu
begegnen, wurden verschiedene Maßnahmen, z. B. die Anbringung eines Sicherheitsventils vorgeschlagen,
ίο welches bei Überschreiten eines bestimmten Innendrucks
anspricht, wodurch Gas entweicht, was eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Zellen
zur Folge hat.
Aus der DE-OS 16 71 910 ist eine Vorrichtung zur
J5 messenden Aufladung von Akkumulatorbatterien bekannt,
die einen statischen Amperestundenzähler aufweist, der im Entladebetrieb der Batterie die
abgegebene Elektrizitätsmenge zählt und im Ladebetrieb über ein optisches Lesesystrm die automatische
Beendigung der Aufladung der Batterie bestimmt, wenn diese vollständig aufgeladen ist. Darüberhinaus ist ein
temperaturempfindlicher Widerstand vorgesehen, über den der statische Zähler gespeist wird, wodurch im
Ladebetrieb ein Teil des von der Speisequelle
Vj gelieferten Stroms derart abgezweigt wird, daß dem
Ladewirkungsgrad der Batterie Rechnung getragen wird.
Aus dem DE-GM 19 75 759 ist ein galvanisches Element bekannt, welches einen auf die Zellentcmperatür
ansprechenden Temperaturschaltcr aufweist, der im inneren Hohlraum des Elements untergebracht ist.
Aus der DE-AS 12 22 154 ist eine galvanische Batterie
der eingangs genannten Art bekannt, bei der die auf Wärme ansprechende Einrichtung lediglich zur Rege-
Y, lung des Ladestroms dient, während bei der Entladung
kein entsprechendes Ansprechen einer Schutzeinrichtung
vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine galvanische Batterie der eingangs genannten Art zu
W) schaffen, deren auf Wärme ansprechende Einrichtung
bei Überhitzung während eines Aufiadevorgangs den Stromfluß unterbricht, während bei einer Überhitzung
während eines Entladevorganges der Batterie ein vorgegebener Mindeststrom entnehmbar ist.
»ι Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung einen während des Aufladcvorgangs in die Batterie fließenden
Ladestrom durch eine Zustandsänderung der Einrich-
tung unterbricht, wenn die Temperatur in den Zellen der
Batterie zunimmt, und daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung den Entladestrom während des Entladens
der Zellen auf einen niederen Stromwert begrenzt, wenn die Temperatur in den Zellen zunimmt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung den
Ladestrom bei Überhitzung der Zellen wirksam unterbricht, woraufhin die Temperatur der Zellen
abnimmt. Wenn die Temperatur unter den vorgegebenen Wert fällt, wird die auf Wärme ansprechende
Einrichtung wieder eingeschaltet, so daß das Aufladen erneut einsetzt. Werden dagegen die Zellen entladen, so
wird der Entiadestrom bei Zunahme der Temperatur innerhalb der Zellen dadurch auf einen vorgegebenen
Wert verringert, daß sich die auf Wärme ansprechende Einrichtung öffnet, wodurch eine Verringerung der
Lebensdauer der Zellen vermieden werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im folgenden werden Ausführungsbei-piele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fi g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
galvanischen Batterie;
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der galvanischen Batterie, wobei ein Teil weggebrochen ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils der Batterie, wobei der Deckel des Gehäuses abgenommen
ist; und
Fig.4 eine Seitenansicht des in Fig.3 dargestellten
Teils.
In Fig. 1 sind mehrere schnell aufladbare und entladbare Zellen 1 mit kleinem Innenwiderstand, zum
Beispiel Nickel-Cadmium-Zellen dargestellt. Dargestellt ist ferner ein auf Wärme ansprechendes Schaltungselement
9, zum Beispiel ein wärmeempfindlicher Schalter, ein nichtlineares Schaltungselement 10, dessen Widerstand
sich entweder in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung ändert, eine auf Wärme ansprechende
Einrichtung i, eine Zellengruppe a im oberen Teil der Figur und eine Zellengruppe b im unteren Teil der Figur.
Mehrere Zellen sind in Serie miteinander verbunden, und werden mittels Isoliermaterialien zusammengebaut
und so angeordnet, daß sie eine Einheit bilden.
Wenn die Nickel-Cadmium-Zellen 1 aufgeladen werden, fließt ein Ladestrom vom (-f)-Anschluß zum
( —)-Anschluß über eine Zellengruppe a, den auf Wärme ansprechenden Schalter 9 und eine Zellengruppe b.
Wenn die Temperatur der Zellen 1 aufgrund eines äußerst g/oßen Ladestrams auf einen vorgegebenen
Wert zunimmt, öffnet der auf Wärme ansprechende Schalter 9 seinen Kontakt und unterbricht den
Ladestrom. Als Ergebnis nimmt die Temperatur der Zellen 1 ab, und wenn die Temperatur unter den
vorgegebenen Wert fällt, wird der auf Wärme ansprechende Schalter 9 wieder eingeschaltet, so daß
das Aufladen wieder beginnt. Werden dagegen die Nickel-Cadmium-Zellen I entladen, so fließt der
Entladestrom vom ( —)-Anschluß über die Zellengruppe b, die Diode 10 oder den auf Wärme ansprechenden
Schalter 9, die Zellengruppe <? und den (-f-)-Anschluß an
eine äußere Last. Wenn die Temperatur der Zellen I so zunimmt, daß sie aufgrund eines äußerst großen
Entladestroms einen vorgegebenen Wert erreicht, öffnet der auf Wärme ansprechende Schalter 9 seine
Kontakte. Der Entladestrom fließt jedoch weiterhin über die Diode 10, selbst wenn der auf Wärme
ansprechende Schalter 9 geöffnet ist. Der Entladesirom
wird nach dem öffnen des auf Wärme ansprechenden Schalters 9 auf einem gewissen Wert gehalten, obwohl
er durch den Widerstand der Diode 10 leicht verringert ist. Dieser verkleinerte Strom wird zum Beispiel als
Schutzstrom zur Betätigung einer Schutzanordnung in der Last (nicht dargestellt) verwendet. Wird zum
Beispiel die galvanische Batterie als eine Speisequelle
ίο für ein funkgesteuertes Modellflugzeug eingesetzt, das
durch einen elektrischen Motor angetrieben wird, so reicht der genannte Schutzstrom zum Betieiben der
Funksteuereinheit (nicht dargestellt) aus, obwohl dieser Schutzstrom zum Antreiben des elektrischen Motors
υ nicht ausreichend ist. Selbst wenn daher der auf Wärme
ansprechende Schalter 9 geöffnet ist und dem elektrischen Motor nicht genügend Strom zur Verfugung
gestellt wird, wird die Funksteuerung mittels des genannten Schutzsiromes betriebe, um das Modellflug-
2(i zeug sicher zurückzuführen.
Die Fig. 2. 3 und 4 zeigen eine galvanische Batterie.
Die Bezugszeichen 1, 9, 10, a und b entsprechen den entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 1.
In den F i g. 2, 3 und 4 enthalten zwei Zellenreihen (a
und b) eine Vielzahl von Nickel-Cadmium-Zellen, die in Serie geschaltet sind und von einem isolierenden Teiler
6 voneinander getrennt sind. Ein isolierender Kunststoffdeckel 7 bedeckt eine äußere Oberfläche der
Zellenreihen a und b und nimmt die ZeHenreihen a und b
und einen auf Wärme ansprechenden Schalter 9 auf. der einen weiter unten beschriebenen Aufbau zur Ausbildung
einer einheitlichen Einheit besitzt. Wie in Fig.2 dargestellt ist, ist das Stirnende der Zellenreihen a und b
mit einer isolierenden Frontplatte 2 bedeckt. In der
j5 Frontplatte 2 sind Steckeröffnungen 3 und 4 vorgesehen,
und an der Innenseite der Frontplatte 2 befindet sich eine Anschlußfassung 5. Die Anschlußfassung 5 ist
mit einem Ende einer Zelle mittels Verbindungseinrichtungen
(nicht dargestellt) verbunden. Wenn ein Stecker
»o (nicht dargestellt) in die Steckeröffnungen 3 und 4
eingeführt wird, liefert der Stecker einen Kontakt mit
der Anschlußfassung 5 und ermöglicht über den Stecker und die Anschlußfassung die Aufladung od-;r Entladung.
An der Endfläche der Reihen a und b, die der Frontplatte 2 entgegengesetzt ist, ist der auf Wärme
ansprechende Schalter 9 und die Diode vorgesehen, die mit einem isolierenden rückseitigen Deckelgehäuse 8
bedeckt sind, wie in Fig.4 dargestellt ist. In Fig.4 ist
die Diode 10 der besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung halber weggelassen.
Der auf Wärme ansprechende Schalter 6 enthält ein elektrisch leitendes Grundteil 9/4, ein isolierendes Teil
9ß, eine wärmeempfindliche Platte 9C, eine elastische und elektrisch leitende Schalter-Betätigungsplatte 9D,
μ einen Kontakt 9F, eine Halteplatte 9Fan der ( —)-Seite
und eine Haltepialte 9C an der (-f)-Seite. Die
Halteplatte 9Fan der ( —)-Seite und die Halteplatte 9G an der ( + )-Seite bestehen aus einer Metallplatte, die
eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen kleinen
bo elektrischen Widerstand besitzt. Die Halteplatte 9C an
der ( + )-Seite ist mit dem ( + )-Anschlußteil Iß der Zellen 1 verbunden, das am linken Ende Jer Zellenreihe
b in Fig. 1 angeordnet ist, wobei diese Halteplatte 9C
zur gleichen Zeit durch das Isolierteil 9ß hindurchläuft
t,-, und sich in Kontakt mit dem Kontakt 9£ befindet. Auf
der anderen Seite ist die Halteplatte 9Fan der (-)-Seite mit dem( — )-Anschlußteil \A der Zelle 1 verbunden, das
an der linken Seite der Zellenreihe b in Fig. I
angeordnet ist. Das Grundteil 9A ist an der Haltcplatte
9Fan der (-)-Seite befestigt. Ein Ende der Schalter-Betätigungsplatte 9D ist mit einem Kontakt 9E versehen,
wobei das andere Ende der Schalter-Betätigungsplatte 9D am Grundteil 9A befestigt ist, und wobei der
Zwischenteil der Schalter-Betätigungsplatte 9D mit einer Ausnehmung 9/7 verschen ist, die sich in Richtung
auf dasGrundleil9/t erstreckt. Die Wärmeempfindliche
Platte 9C sitzt zwischen dem Grundteil 9A und der Ausnehmung 9W der Schalter-Betätigungsplatte 9D.
Die Wärmeempfindliche Platte 9Γ ist so angeordnet,
daß sie die SchaltcrBetäligungsplatie 9D in der in
Fig. 4 dargestellten Stellung hält, um eine elektrische
Verbindung /wischen dem Kontakt 9Ii und der (ladeplatte 91) auf der (-t-)-Sciie nufrechi/iierlialien.
wenn die Temperatur der Zellen I sich unter einem vorgegebenen Wert befindet; wenn die Temperatur der
/i'llpn 1 nhnr rtpn νη.-ιτρσρΚρΜρη Wprt iinumat \ttr-il ijip
wärmeempfindlichen Platte 9C* wie beschrieben nac
oben gedrückt, und der Kontakt 9F. löst den Kontakt m
der Halteplatte 9/5 der ( + )-Seile. Das heißt, der au
Wärme ansprechende Schalter 9 ist ausgeschalte λ Wenn der auf Wärme ansprechende Schalter 9 auf dies
Weise ausgeschaltet ist, wird während der Atifladiin,
der galvanischen Batterie ein Ladestrom vollständig unterbrochen. In ähnlicher Weise wird ein Entladestron
unterbrochen, wobei der Schutzstrom über die Diode I
in während einer Entladezeit der galvanischen Balten
fließt. Und wenn die Temperatur der wärmeempfmdli
ehen Platte 9( aufgrund eines Tempeiauirabfalls in de
Zellen I ilen vorgegebenen Wert unterschreitet, kehr
die Schalter-llctätigiingsplattc 91) in den in Cig.
r> dillgestellten Zustand zurück, und der Kontakt 4
befindet sich erneut in Kontakt mit der I ladeplatte 9( der ( · (Seite. Das heißt der auf Wärme ansprechend
Schulter 9 i'-.t '.vieder eingtischulio!
wärmeempfindliche Platte 9(" durch Wärme verformt und drückt die Ausnehmung 9// der Schalter-Hetätigungsplattc
9Dnach oben, wobei der Kontakt /wischen
dem Kontakt 9/:" und der (ladeplatte 9G der ( + (Seite ireigegcben oder geöffnet wird. Der auf Wärme
ansprechende Schalter 9 ist also derart ausgebildet, daH
ein elektrischer Pfad von der Haltcplatte 9(7 ( +)-Seile /ur !ladeplatte 9Fder ( — )■ Seite über den Kontakt 9Ii.
die Schalter-Bctätigiingsplatte 9Dund das (iriindteil 9.Λ
ausgebildet ist. Die Diode IO ist in einer solchen Weise angeschlossen, \orgl. Cig. 3. dal.) ihr Anodenanschluß
mit der Halteplatte 9C der ( + )-Seite. und ihr
Kathodenanschluß mit der I ladeplatte 9/cler ( — )-Seite
verbunden ist.
Wenn die Temperatur irgendeiner der Zellen der Zellenreihe n oder />
,insteigt, wird die in den Zellen I
erzeugte Wärme sofort entweder durch die !ladeplatte 9f;der ( + )-Scite oder die Halteplatte 9/-"der (-)-Scite
zur wai unempfindlichen Platte 9(" übertragen. Wenn
die Temperatur der Zellen I weiter zunimmt, überschreitet
die Temperatur der wärmecmpflindlichen
Platte 9(<.-inen vorgegebenen Wert, die Schalier-Betätigimgsplatie
9 D wird aufgrund der Verformung der Da die Zellen I. die isolierende l'ioniplatte 2. ili
Anschlußfassung 5. der Teiler f>. das rückseitig
Deckelgehäuse 8. der auf Winnie ansprechend Schalter 9 und die Diode 10 mit einem isolierende
Kunststoffüberzug 7 bedeckt sind, der /um Beispiel al thermisch schrumpfbarer Kunststoffüberzug ausgebi
del ist und eine Einheil erzeugt, kann in den Zellen
kein unerwünschter Kurzschluß auftreten. Der I'herzu
7 arbei'.t zufriedenstellend, wenn er lediglich da
rückseitige Dcckelgehäuse 8 bedeckt, das zumindest de
auf Wärme ansprechenden Schalter 9 einschließt.
(jemäß tier geschilderten Ai'sführungsform lieg
lediglich die Diode 10 parallel /u dem auf Wärm ansprechenden Schalter 9. es läßt sich jedoch in Seri
/ur Diode 10 auch ein Widerstand vorsehen. Anstell des mechanisch verwirklichten auf Wärme ansprechen
den Schalters läßt sich auch ein elektronischer, au Wärme ansprechender Schalter einsetzen. Es ist ferne
möglich, andere Typen von Schaltungselemente!! / verwenden, deren Vorwärisstrom/Spannungscharakie
ristik und Rückwärtsstroni/SpannungscharakteriMi
unterschiedlich sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Galvanische Batterie aus einer Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Zellen mit einem
niederen Innenwiderstand, die in Serie zueinander liegen und in parallelen Zeilen mit Teilern zwischen
den Zeilen angeordnet und in einer Einheit aufgebaut und verpackt sind, und mit einer auf
Wärme ansprechenden Einrichtung zur Regelung des Stromes, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (i) einen während des Aufladevorgangs in die Batterie
fließenden Ladestrom durch eine Zustandsänderung der Einrichtung (i) unterbricht, wenn die Temperatur
in den Zellen (1) der Batterie zunimmt, und daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (i) den
Entladestrom während des Entladens der Zellen (1) auf einen niederen Stromwert begrenzt, wenr, die
Temperatur in den Zellen zunimmt.
2. Galvanische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende
Einrichtung (i) direkt mit dem Batteriekreis verbunden isL
3. Galvanische Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende
Einrichtung (i) einen auf Wärme ansprechenden Schalter (9) enthält.
4. Galvanische Batterie nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der auf Wärme ansprechende
Schalter (9) eine elektrisch leitende Halteplatte (9G)
der (-t-)-Seite mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit
enthält, die am ( + )-/-.nschluß einer ersten
Zelle (1) angeordnet ist, und eine elektrisch leitende
Halteplatte (9F)der (—)-Seite i.ithält, die eine hohe
thermische Leitfähigkeit Desitzt und mit dem ( —)-Anschluß einer an die erste Zelle (I) angrenzenden
zweiten Zelle (1) verbunden ist, daß eine Schalter-Betätigungsplatte (9DJzwi$chcn der Halteplaite
(9F) der ( + )-Seiie und der Haltcplaitc (9C)
der ( —)-Seite zur direkten Steuerung einer ohmschen Verbindung zwischen den Halteplaitcn (9Γ.
9C) vorgesehen ist, daß eine wärmeempfindliche Platte (9C) vorgesehen ist, die durch Temperaturänderung
verformbar ist, um die Schalter-Bctätigungsplatte (9D) zu betätigen und zu steuern, und daß die
Schalter-Betätigungspiatte (9D) betätigt wird und eine ohmsche Verbindung zwischen den llalicplattcn
(9F, 9G)unterbricht, wenn die Temperatur in den
Zellen (1) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
5. Galvanische Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme
ansprechende Einrichtung (i) parallel zu dem auf Wärme ansprechenden Schalter (9) ein nicht lineares
Schaltungselement (10) enthält, und daß die Vorwärtsstrom/Spannungscharaktcristik
und die Rückwärtsstrom/Spannungscharakteristik des nicht linearen
Schaltungsclemcnts (10) voneinander verschieden sind.
6. Galvanische Balleric nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht lineare Schaltungselement
(10) als Diode ausgebildet ist, deren Anodenanschluß
mit dem (-f)-Anschluß einer Zelle (1)
verbunden ist. und deren Katliodcnanschluß mit dem ( — )-Anschluß einer an diese Zelle (I) angrenzenden
weiteren ZeIIe(I) verbunden ist.
/.Galvanische Batterie nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (i) mit einem
isolierenden Deckel (8) bedeckt ist.
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US4112201A (en) | 1978-09-05 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |