DE2948700A1

DE2948700A1 - Schaltung zur sicherung von speicherzellen

Info

Publication number: DE2948700A1
Application number: DE19792948700
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr. Bernd Hartmann; Dipl.-Phys. Dr. Henner 6902 Sandhausen Meinhold
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1981-06-11
Also published as: JPS5691378A; DE2948700C2; FR2471685B1; FR2471685A1; GB2064895A; US4349773A; GB2064895B

Description

BROWN , BOVERI& CIE Aktiengesellschaft

Mannheim 28. Nov. 1979

Mp.Nr. 649/79 ZFE/Pl-Kr/Hr

"Schaltung zur Sicherung von Speicherzellen"

Gegenstand der Hauptanmeldung ist eine Schaltung zur gleichmäßigen Ladung und Entladung für in Serie zu einer Batterie
zusan.mergeschalteten elektrochemischen Speicherzellen oder
Gruppen von mehreren parallelgeschalteten Speicherzellen auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen mit mindestens einem für die Aufnahme des Anolyten bestimmten Anodenraum und
einem für die Aufnahme des Katholyten bestimmten Kathodenraum, welche durch eine alkalionenleitende Festelektrolytwand voneinander getrennt sind, wobei jeder in Serie geschalteten

Speicherzelle oder jeder Gruppe von Speicherzellen mindestens ein Schutzelement parallelgeschaltet ist, das beim Erreichen einer vorgegebenen maximalen Auf- oder Entladung der Speicherzelle(n), deren Stromkreis überbrückt und das steuernd mit

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. einem Schalter in Verbindung steht, der mit den negativen und positiven Elektroden dieser Speicherzelle(n) und den elektrischen Anschlußpolen direkt leitend verbindbar ist, und wobei das Schutzelement an die beiden elektrischen Anschlußpole direkt und die Speicherzelle(n) an mindestens einen der beiden Anschlußpole über den Schalter angeschlossen ist (sind).

Solche wiederaufladbaren elektrochemischen Speicherzellen mit Festelektrolyten eignen sich sehr gut zum Aufbau von Akkumulatoren höherer Energie- und Leistungsdichte. Der zum Eeispiel bei Natrium/Schwefel-Speicherzellen verwendete Elektrolyt aus R -Aluminiumoxid läßt nur Natriumionen passieren. Dies bedeutet im Gegensatz zum Blei-Akkumulator, daß praktisch keine Selbstentladung stattfindet und beim Entladen keine Nebenreaktionen ablaufen, wie etwa eine Wasserzersetzung beim Blei/Bleioxid-System. Die Stromausbeute, d.h. der Faraday-Kirkungsgrad einer Natrium/Schwefel-Speicherzelle liegt daher bei 100%.

Diesen Vorteilen steht der betriebliche Nachteil gegenüber, daß solche Zellen weder überladen nocht überentladen werden können, wie dies bei Blei-Akkumulatoren möglich ist. Insbesondere wird in einer Serienschaltung von Zellen die Gesamtkapazität durch die Zelle mit der geringsten Kapazität bestimmt. Besonders schwerwiegend ist, daß Speicherzellen, die zum Beispiel mit einem anderen Ladezustand eingesetzt werden, nie mit dem übrigen Strang synchron werden können. Beim Blei-Akkumulator ist es möglich, durch Überladung - Wasserstoff/Sauerstoff-Entwicklung (Ausgleichsladung) - alle Zellen in den gleichen Zustand zu versetzen. Um dieser unterschiedlichen Aufladung der Speicherzellen einer Batterie entgegenzuwirken, werden zunächst mehrere Speicherzellen parallelgeschaltet, bevor mehrere solcher Gruppen aus parallelgeschalteten Zellen in Serie gelegt werden. Ein

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.weiterer Nachteil dieser elektrochemischen Speicherzellen zeigt sich bei der Entladung einer Batterie. Ist beispielsweise eine Speicherzelle einer Serienschaltung von vielen Speicherzellen oder sind die parallelgeschalteten Speicherzellen einer Gruppe, die mit weiteren Gruppen in Serie geschaltet sind, bereits entladen, so wirkt der Entladungsstrom der noch nicht entladenen Zellen der Batterie auf die bereits entladenen Zellen als ein von außen aufgezwungener Strom.

Um die gleichmäßige Ladung und Entladung der Speicherzellen einer Batterie zu gewährleisten, wird gemäß der Hauptanmeldung jeder in Serie geschalteten Speicherzelle oder jeder Gruppe von Speicherze]len mindestens je ein Schutzelement parallelgeschaltet. Dieses Schutzelement überbrückt beim Erreichen einer vorgegebenen maximaler. Auf- und Entladung der Speicherzelle(n) deren Stromkreis. Zusätzlich steht dieses Schutzelement steuernd mit einem Schalter in Verbindung, der mit den negativen und positiven Elektroden dieser Speicherzelle(n) und den Anschlußpolen direkt leitend verbincbar ist. Das Schutzelement selbst ist an beide Anschlußpole direkt angeschlossen, während die Speicherzelle(n) mit mindestens einem der beiden Anschlußpole über den Schalter verbunden ist (sind).

Der Vorteil der in der Hauptanmeldung offenbarten Schaltung besteht darin, daß mit ihr jede Speicherzelle der Batterie auf ihre Maximalkapazität aufgeladen werden kann. Ferner besteht auch die Möglichkeit, Speicherzellen in die Batterie einzusetzen, die sich in einem anderen Ladezustand als die übrigen Speicherzellen der Batterie befinden, da mit dieser Schaltung eine Synchronisierung dieser Speicherzellen mit dem übrigen Serienstrang von einzelnen oder in Gruppen zusammengefaßten Speicherzellen in Parallelschaltung möglich ist. Bei der Parallelschaltung von Speicherzellen zu einer

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.Gruppe stellt sich aufgrund von Ausgleichsströmen innerhalb dieser Gruppe der gleiche Ladezustand bei allen Speicherzellen ein.

5Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung der in der Hauptanmeldung beschriebenen Schaltung.

Ein gewisser Nachteil der in der Hauptanmeldung offenbarten lOSchaltung ist darin zu sehen, daß die Anpassung an die Schwell spannung und den Innenwiderstand der Speicherzelle(n) oftmals nur durch die Reihenschaltung mehrere Schutzelemente der Schal tung möglich ist. Ferner sind die in der Schaltung verwendeten Elemente temperaturempfindlich, so daß ein direkter Einbau 15der Schaltung in die Batterie ausgeschlossen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit einem Schutzelement für eine elektrochemische Speicherzelle oder mehrere parallelgeschaltete Speicherzellen einer Gruppe so zu schaffen, daß bei der Serienschaltung mehrere Speicherzellen oder solcher Gruppen von parallelgeschalteten Speicherzellen zu einer Batterie die vollständige Aufladung einer jeden Speicherzelle bis zu ihrer Maximalkapazität möglich wird, und das Schutzelement auf einfache Weise an die maximale Lade- und Entladespannung einer Speicherzelle oder mehrerer parallelgeschalteter Speicherzellen angepaßt werden kann. Ferner soll die Schaltung die Überentladung jeder Speicherzelle der Batterie verhindern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Schutzelement ein, mit einer zersetzbaren und leicht rekombinierbaren chemischen Verbindung gefüllter Behälter ist, dessen äußere Begrenzungsfläche die Anode und ein in eine Öffnung des Behälters elektrisch isoliert eingesetzter, nach innen und außen ragender, elektrisch leitender Stab die Kathode bildet.

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. Bei der in den Behälter eingefüllten chemischen Verbindung handelt es sich um eine Natriumhydroxidschmelze. Der Vorteil dieser chemischen Verbindung liegt in ihrer leichten Rekombinierbarkeit.

Der das Schutzelement bildende Behälter wird aus Edelstahl gefertigt. Nickel hat sich hierfür als besonders geeignet erwiesen. Es handelt sich dabei um ein korrosionsbeständiges Material. Dies ist von besonderem Vorteil, weil es sich bei der Natriumhydroxidschmelze um einen sehr aggressiven Stoff handelt. Der Behälter ist vorzugsweise als eine allseitig geschlossene Hülse ausgebildet. Der Behälter steuert über eine wärmeleitende Verbindung den Schalter, der eine Elektrode der elektrochemischen Speicherzelle(n) mit einem der beiden elektrischen Anschlußpole verbindet. Der Schalter kann durch die von dem Behälter abgegebenen Wärme auf einfache Weise so betätigt werden, daß der Stromkreis durch die elektrochemische Speicherzelle^) unterbrochen wird.

Der Stab, der die Kathode bildet, ist elektrisch isoliert in den Behälter eingesetzt. Er ist aus einem korrosionsbeständigen, elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus Kupfer gefertigt. Es handelt sich hierbei um ein ebenfalls sehr korrosionsbeständiges Material. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, da der Stab auch in das Innere des Behälters hineinragt und mit der Natriumhydroxidschmelze in Kontakt kommt.

In vorteilhafter Weise ist die Länge des Stabes so gewählt, daß er im Inneren des Behälters fast dessen Boden berührt. Außen steht der Stab soweit über den Behälter über, daß er leicht mit dem negativen elektrischen Anschlußpol verbindbar ist.

In vorteilhafter Weise wird die Schaltung mit dem Schutzelement der bzw. den parallelgeschalteten elektrochemischen Speicher-

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. zellen parallelgeschaltet, so daß beim Erreichen der maximalen Ladespannung der Speicherzelle(n) das Schutzelement den Stromkreis durch die Speicherzelle(n) solange überbrückt, bis die übrigen Speicherzellen der Batterie auf ihre maximale Ladespannung aufgeladen sind.

Beim Erreichen einer bestimmten Unterentladung der Speicherzelle^), - die mit einer Umpolung verbunden ist - übernimmt das Schutzelement den von außen aufgezwungenen Strom. Zusätzlieh wird durch den Entladestrom, der jetzt durch das Schutzelement fließt sehr viel Wärme erzeugt. Diese wird über die wärmeleitende Verbindung dem Schalter zugeführt, der eine Elektrode der Speicherzelle(η) mit einem elektrischen Anschlußpol verbindet. Dieser vorzugsweise als Thermoschalter ausgebildete Schalter wird so betätigt, daß die Speicherzellen vollständig aus dem Stromkreis herausgetrennt werden.

In vorteilhafter Weise können die Ansprechgrenzen des Schutzelementes an die maximale Lade- und die zulässige Entladespannung der SpeicherzelIe(n) angepaßt werden. Das Schutzelement ist temperaturbeständig, insbesondere dadurch, daß der Behälter aus Nickel gefertigt ist, das einen Schmelzpunkt von 1453° C aufweist, und die in seinem Inneren angeordnete Natriumhydroxidschmelze erst bei 318° C zu schmelzen beginnt. Erforderlichenfalls kann das Schutzelement zusammen mit den übrigen Bauelementen der Schaltung innerhalb der Batterie angeordnet werden.

Ferner kann das Schutzelement relativ kostengünstig hergestellt werden, da es sich bei Nickel und Natriumhydroxid um keine allzu teueren Materialien handelt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert und der mit der Erfindung erzielbare Fortschritt dargestellt.
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.Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung mit einem Schutzelement in Verbindung mit einer Gruppe von drei parallelgeschalteten Speicherzellen,

Fig. 2 die gleiche Schaltung wie in Fig. 1, jedoch in Verbindung mit nur einer Speicherzelle,

Fig. 3 eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Schaltung,

Fig. 4 die idealisierte Strom-Spannungs-Kennlinie einer Speicherzelle.

Die in Figur 1 dargestellte Schaltung ist im wesentlichen aus dem Schutzelement 1, einem Schalter 2, einer wärmeleitenden Verbindung 3, drei elektrochemischen Speicherzellen 4, einem negativen und einem positiven elektrischen Anschlußpol 5 und 6 aufgebaut. Die drei Speicherzellen 4 sind parallelgeschaltet und bilden eine Gruppe. Eine solche Gruppe kann mit weiteren Gruppen, die mindestens eine Speicherzelle oder mehrere parallelgeschaltete Speicherzellen' 'aufweisen, in Form einer Serienschaltung zu einer Batterie zusammengefaßt werden.

Das in die Schaltung eingebaute Schutzelement 1 wird durch einen Behälter gebildet, der mit einer chemischen Verbindung gefüllt ist. Der Behälter ist als allseitig geschlossene Hülse ausgebildet und aus Edelstahl, vorzugsweise aus Nickel gefertigt. In den Behälter 1 ist eine Natriumhydroxidschmelze eingefüllt. An einem Ende weist der Behälter 1 eine Öffnung auf, in die ein Stab IK eingesetzt ist. Dieser Stab ist aus einem korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und elektrisch isoliert so in die Öffnung eingesetzt, daß der Innenraum des Behälters vollständig nach außen

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• abgeschlossen ist. Das erste Ende dieses Stabes IK ragt soweit in den Behälter hinein, daß er fast den Behälterboden berührt. Das zweite Ende des Stabes überragt den Behälter um einige Millimeter. Die äußeren Mantelflächen des Behälters 1 bilden die Anode, während der Stab IK die Funktion der Kathode übernimmt. Die Anode des Schutzelementes ist an den positiven Anschlußpol 5 angeschlossen, während die Kathode IK mit dem negativen Anchlußpol 6 in Verbindung steht. Zusätzlich steht das Schutzelement 1 über die wärmeleitende Verbindung 3 mit dem Schalter 2 in Verbindung. Dieser Schalter ist vorzugsweise als Thermoschalter ausgebildet. Der Schalter 2 ist bei dieser Ausführungsform an den negativen elektrischen Anschlußpol 6 angeschlossen. Der elektrische Kontakt des Schalters 2 ist mit einem Kontaktpunkt 8 verbunden, an den die negativen Elektroden der Speicherzellen 4 angeschlossen sind. Die positiven Elektroden der Speicherzellen 4 sind an den positiven elektrischen Anschlußpol 5 angeschlossen. Mit den positiven Elektroden der Speicherzellen 4 und dem Anschlußpol 5 steht ein weiterer Kontaktpunkt 9 in Verbindung. Mit diesem Kontaktpunkt 9 kann der elektrische Kontakt des Schalters 2 ebenfalls verbunden werden. Im normalen Betriebszustand der Batterie steht der Schalter 2 immer mit dem Kontaktpunkt 8 in Verbindung. Durch die Einwirkung von Wärme kann der elektrische Kontakt des Schalters 2 vom Kontaktpunkt 8 gelöst und mit dem Kontaktpunkt 9 verbunden werden.

Wie Figur 2 zeigt, kann die erfindungsgemäße Schaltung nicht nur für mehrere parallelgeschaltete Speicherzellen verwendet werden. Es besteht vielmehr die Möglichkeit, die Schaltung auch bei einer einzelnen Speicherzelle einzusetzen. Die Schaltung umfaßt bei dieser Ausführungsform wiederum ein Schutzelement 1, einen Schalter 2, eine wärmeleitende Verbindung 3 und die elektrochemische Speicherzelle 4. Das Schutzelement 1 ist in gleicher Weise ausgebildet wie das in

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•Figur 1 gezeigte Schutzelement. Die als Anode dienenden äußeren Begrenzungsflächen des Schutzelementes 1 sind an den positiven elektrischen Anschlußpol 5 angeschlossen. Die Kathode IK des Schutzelementes 1 ist mit dem negativen 5elektrischen Anschlußpol 6 verbunden. Über die wärmeleitende Verbindung 3 steht das Schutzelement 1 mit dem Schalter 2 in Verbindung. Der elektrische Kontakt des Schalters 2 ist mit einem Kontaktpunkt 8 verbunden, an den auch die negative Elektrode der Speicherzelle 4 angeschlossen ist. Die positive

¹⁰Elektrode der Speicherzelle 4 ist an den positiven elektrischen Anschlußpol 5 angeschlossen. Mit diesem Anschlußpol 5 und der positiven Elektrode 4 der Speicherzelle steht ein weiterer Kontaktpunkt 9 in Verbindung. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist der elektrische Kontakt

15des Schalters 2 im Normalbetrieb mit dem Kontaktpunkt 8 verbunden.

Wie Figur 3 zeigt, können die negativen Elektroden der parallelgeschalteten Speicherzellen 4 auch direkt mit dem

20negativen Anschlußpol 6 verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die positiven Elektroden der Speicherzellen 4 über den Schalter 3 mit dem positiven Anschlußpol 5 verbunden. Der in Figur 1 und 2 dargestellte Kontaktpunkt ist bei dieser Ausführungsform mit den negativen Elektroden

25der Speicherzellen 4 und dem negativen Anschlußpol 6 verbunden. Die äußere Begrenzungsfläche des Schutzelementes 1 steht bei dieser Ausführungsform wiederum mit dem positiven elektrischen Anschlußpol 5 in Verbindung. Das Schutzelement 1 ist auch hierbei als Behälter ausgebildet, in den eine

30Natriumhydroxidschmelze eingefüllt ist. Die Kathode IK des Schutzelementes 1 ist auch hierbei an den negativen elektrischen Anschlußpol 6 angeschlossen. Über die wärmeleitende Verbindung 3 steht das Schutzelement mit dem Schalter 2 in Kontakt. Die positiven Elektroden der Speicherzellen sind an den Kontaktpunkt 8 angeschlossen, mit dem der

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Schalter 2 im Normalbetrieb verbunden ist.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in den Figuren 1 bis

3 dargestellten Schutzschaltung näher erläutert. Zum bes-

seren Verständnis der Funktionsweise der Schutzschaltung und der Speicherzellen dient die in Figur 4 dargestellte idealisierte Strom-Spannungs-Kennlinieeiner Speicherzelle 4. Damit die Schutzschaltung die gewünschte Funktion aufweist, muß das in ihr enthaltene Schutzelement 1 eine Kennlinie wie die Speicherzellen 4 aufweisen. Die Wirkungsweise der Schutzschaltung ist immer dieselbe, gleichgültig ob sie mit einer einzigen Speicherzelle oder einer Gruppe von mehreren parallelgeschalteten Speicherzellen verbunden ist. Es wird daher nachfolgend nur auf die in den Figuren 1 und 3 dargestellten An-Ordnungen Bezug genommen. Alle Aussagen gelten jedoch auch für die in Figur 2 dargestellte Anordnung.

Um die Gruppe mit den drei parallelgeschalteten Speicherzellen

4 aufzuladen, wird an die Anschlußpole 5 und 6 eine Stromquelle (hier nicht dargestellt) angeschlossen. Diese liefert den in Figur 4 dargestellten negativen Ladestrom I,. Haben alle Speicherzellen den in Figur 4 mit A bezeichneten Spannungswert erreicht, so sind sie auf ihre maximale Kapazität aufgeladen. Zwischen mehreren parallelgeschalteten Speicherzellen 4 einer Gruppe fließt ein Ausgleichsstrom, der den gleichmäßigen Ladezustand aller Speicherzellen 4 bewirkt. Durch die Aufladung sind die Speicherzellen 4 hochohmig geworden, das heißt der durch sie fließende Strom wird kleiner. Bei der Aufladung kann die Spannung der Speicherzellen 4 maximal bis zu dem B bzeichneten Wert ansteigen. Wie dem Diagramm in Figur 4 zu entnehmen ist, fließt jetzt durch die Speicherzelle nur noch ein sehr kleiner negativer Strom I Das bedeutet, daß weitere mit dieser Gruppe in Serie geschaltete Gruppen von Speicherzellen, die noch nicht vollständig auf ihre Maximalkapazität aufgeladen sind, n,icht mehr weiter

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• aufgeladen werden. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß bei einer Serienschaltung die Gruppe von Speicherzellen mit der geringsten Kapazität die Gesamtkapazität aller Speicherzellen

der Batterie bestimmt.
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Eine vollständige Aufladung aller in Serie geschalteter Gruppen von parallelgeschalteten Speicherzellen 4 wird durch den Anschluß jeweils einer erfindungsgemäßen Schaltung an jede die Batterie bildende Gruppe ermöglicht. Die in Figur 1

^⁰ gezeigte Schutzschaltung enthält das bereits oben erwähnte Schutzelement 1. Der Ladestrom I, wird solange durch die Speicherzellen 4 geleitet, bis diese auf ihre maximale Ladespannung aufgeladen sind. Das Schutzelement der Schaltung ist so ausgebildet, daß es bis zum Erreichen dieser maximalen Ladespannung als Widerstand wirkt, so daß kein Strom durch selbiges hindurchfließt. Haben die Speicherzellen ihre maximale Ladespannung, insbesondere die in Figur 4 mit B bezeichnete Spannung erreicht, so übernimmt das Schutzelement 1 den Strom und überbrückt auf diese Weise den Stromkreis durch die Speicherzellen 4.

Der jetzt durch das als Behälter ausgebildete Schutzelement 1 fließende Ladestrom I bewirkt eine ständige Zersetzung und Rekombination der in dem Behälter befindlichen Natrium-25hydroxidschmelze, wobei auch Wärme entsteht.

Die chemischen Reaktionen laufen gemäß folgender Gleichungen ab:

Zersetzung: 4 NaOH—»4 Na + 2H-0 + O₂ 30

Rekombination: 2 Na + 2 H_?0 —» 2 NaOH + O₂ + H₂ H₂ + 1/2 O₂ —-> H₂O

Zur Unterstützung des letzten Rekombinationsschrittes können Katalysatoren, wie Platinasbest oder Raney-Nickel, in geringer Menge zugefügt werden.

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.Da der durch das Schutzelement 1 fließende Ladestrom I relativ klein ist, ist auch die erzeugte Wärme relativ gering, so daß der mit dem Schutzelement über die wärmeleitende Verbindung 3 in Kontakt stehende Schalter 2 nicht betätigt wird. Das Ansprechen des Schutzelementes 1 gibt also genaue Auskunft über den Zeitpunkt, zu dem die Gruppe der Speicherzellen 4 vollständig aufgeladen ist. Durch Anschluß eines Anzeigegerätes an das Schutzelement kann dieser Zeitpunkt erfaßt und optisch angezeigt werden. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird der Stromkreis der bereits aufgeladenen Gruppe von Speicherzellen 4 solange überbrückt bis alle Gruppen bzw. alle Speicherzellen einer Batterie auf ihre Maximalkapazität aufgeladen sind.

Der Schnittpunkt der in Figur 4 eingetragenen Kurve 1, die den jeweiligen Ladezustand der Speicherzelle 4 kennzeichnet, mit der Ordinate U wird als Ruhespannung R der Speicherzelle bezeichnet. Weisen die Speicherzellen 4 die in Figur 4 aufgezeigte Ruhespannung R auf, bzw. wird die gerade aufgeladene Batterie wieder belastet, so sinkt die Spannung der Speicherzellen 4 wieder unter die Ansprechspannung des Schutzelementes 1. Die Überbrückung des Stromkreises der Speicherzellen 4 wird damit aufgehoben. Der Stromfluß zwischen den elektrischen Anschlußpolen 5 und 6 erfolgt wieder über die Speicherzellen 4.

Wird eine solche die Ruhespannung R aufweisende Gruppe von Speicherzellen kontinuierlich belastet, so fließt ein Entladesstrom und die Spannung der Speicherzellen 4 nimmt ab, bis sie den Wert Null erreicht hat und ein Kurzschlußstrom fließt. Sind zu diesem Zeitpunkt die mit dieser Gruppe in Serie geschalteten Gruppen von Speicherzellen noch nicht vollständig entladen, so wird dieser bereits entladenen Gruppe von außen der in Figur 4 dargestellte Entladestrom I aufgezwungen. Dieser bewirkt die Umpolung der Zellspannung,

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■das heißt selbige wirkt negativ und kann beispielsweise den im Diagramm mit C bezeichneten Wert erreichen. Wie bereits oben erwähnt ist das in der Schutzschaltung enthaltene Schutzelement so ausgebildet, daß es beim Erreichen einer vorgebbaren ⁵Entladespannung der Speicherzellen wiederum anspricht und den Stromkreis durch die Speicherzellen überbrückt. Der nun durch das Schutzelement fließende, von außen aufgezwungene Entladestrom I ist relativ groß. Innerhalb des Schutzelemen-

Cl

tes kommt es dadurch zur Zersetzung und Rekombination der

1ⁿNatriumhydroxidschmelze. Gleichzeitig entsteht eine relativ große Wärmemenge. Diese wird über die wärmeleitende Verbindung 7 dem Schalter 2 zugeführt. Dieser ist als Thermoschalter ausgebildet und spricht auf die zugeführte Wärme an. Sein elektrischer Kontakt wird von dem Kontaktpunkt 8 gelöst

15und mit dem Kontaktpunkt 9 verbunden. Damit sind die Speicherzellen vollständig aus dem Stromkreis herausgetrennt und vor einer Zerstörung geschützt. Die vollständige Entladung der übrigen noch teilweise geladenen Speicherzellen 4 der Batterie kann ungehindert fortgesetzt werden.

Um den elektrisch leitenden Kontakt des Schalters 2 von dem Kontaktpunkt 8 lösen zu können, wird die von dem Schutzelement 1 abgeleitete Wärme über die Verbindungsleitung 7, beispielsweise einem im Schalter enthaltenen Bimetall zugeführt, das den elektrisch leitenden Kontakt des Schalters 2 steuert.

Andere wärmegesteuerte Elemente zur Betätigung des elektrischen Kontaktes können ebenfalls verwendet werden. Die Verbindung des Schalters 2 mit dem Kontaktpunkt 9 kann zeitlich begrenzt oder dauerhaft erfolgen. Die Schutzschaltung kann so ausgebildet werden, daß die Verbindung des Schalters 2 mit dem Kontaktpunkt 9 irreversibel ist. Dies ist dann der Fall, wenn der elektrisch leitende Kontakt des Schalters über eine Schmelzsicherung gesteuert wird. Das heißt, daß die gefährdete Speicherzellengruppe nur durch einen Eingriff in der Werkstatt wieder in Gang gesetzt werden kann, nach-

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dem alle Speicherzellen geprüft und nachgeladen sind. Die Schaltung kann jedoch auch so ausgebildet werden, daß der Schalter 2 nur für eine endliche Zeit mit dem Kontaktpunkt verbunden wird, das heißt, daß eine kurzzeitige Überentladung durch Verminderung des Stromes, eine Ruhepause und eine Nachladung wieder behoben wird.

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Claims

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Ansprüche

if. Schaltung zur gleichmäßigen Ladung und Entladung für in Serie zu einer Batterie zusammengeschalteten elektrochemischen Speicherzellen oder Gruppen von mehreren parallelgeschalteten Speicherzellen auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen mit mindestens einem für die Aufnahme des Anolyten bestimmten Anodenraum und einem für die Aufnahme des Katholyten bestimmten Kathodenraum, welche durch eine alkalionenleitende Festelektrolytwand voneinander getrennt sind, wobei jeder in Serie geschalteten Speicherzelle oder jeder Gruppe von Speicherzellen mindestens je ein Schutzelement parallelgeschaltet ist, das beim Erreichen einer vorgegebenen maximalen Auf- oder Entladung der Speicherzelle(n) deren Stromkreis überbrückt und das steuernd mit einem Schalter in Verbindung steht, der mit den negativen und positiven Elektroden dieser Speicherzelle(n) und den elektrischen Anschlußpolen direkt leitend verbindbar ist, und wobei das Schutr.-element an die beiden elektrischen Anschlußpole direkt und die Speicherzelle(n) an mindestens einen der beiden elektrischen Anschlußpole über den Schalter angeschlossen ist (sind), - nach Patentanmeldung P 28 19 584.8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement ein, mit einer zersetzbaren und leicht rekombinierbaren chemischen Verbindung gefüllter Behälter (1) ist, dessen äußere Begrenzungsfläche die Anode und ein in eine Öffnung des Behälters (1) elektrisch isoliert eingesetzter, nach innen und außen ragender, elektrisch leitender Stab (IK) die Kathode bildet.

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2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Verbindung eine Natriumhydroxidschmelze
ist.
3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungsfläche des Behälters (1) aus Edelstahl gefertigt ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungsfläche des Behälters (1) aus Nickel gefertigt ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) als eine allseitig geschlossene, wenigstens eine Öffnung für die Kathode (IK) aufweisende Hülse ausgebildet ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) über eine wärmeleitende Verbindung (3) mit dem eine Elektrode der elektrischen

Speicherzelle (n) (4) mit einem Anschlußpol (5,6) verbindenden Schalter (2) in Kontakt steht.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kathode bildende Stab (IK) aus einem korrosionsbeständigen Metall gefertigt ist.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (IK) aus Kupfer gefertigt ist.

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