DE3002912A1

DE3002912A1 - Batteriebehaelter

Info

Publication number: DE3002912A1
Application number: DE19803002912
Authority: DE
Inventors: Henry Rogers Mallory; Steven John Nichols
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1980-01-28
Publication date: 1980-07-31
Also published as: NO800193L; SE8000572L; ZA80522B; JPS55103051A; AU524499B2; CH652870A5; DK34280A; PL221638A1; ES8103488A1; DD148845A5; AU5448980A; NL8000474A; GB2040609A; GB2040609B; AR224388A1; ES488371A0; IL59109A0; IT8019512A0; SE444626B; IT1193895B

Description

Dipl. Phys. Dr. rer. nat. Wolfgang Kempe

P ATE NTA NW M-"*"

30Ö2912

Postfach 1273 O β, 1O

D-68OO Mannheim 1

Fernsprecher C06 21) 381-4744

25. Januar 1980 Mc 31

P.R. Mallory & Co. Inc. Indianapolis, Ind. (V.St.A.)

"Batteriebehälter»

Die Erfindung bezieht sich auf einen Batteriebehälter mit mindestens einer elektrochemischen Zelle.

Elektrochemische Zellen erzeugen eine bestimmte Spannung, die von dem Material, aus dem die Zellen aufgebaut sind, abhängt. Innerhalb ziemlich enger Grenzen kann von einer einzigen Zelle durch sinnvolle Auswahl der Materialien eine gewünschte Spannung erzeugt werden. Die maximale Spannung, die auf diese Weise von einer einzigen Zelle erreichbar ist, liegt wegen der begrenzten inhärenten Unterschiede in den Spannungspotenlalen der Materialien, aus denen die Zelle aufgebaut ist, unterhalb 4 Volt. Die Anzahl der praktisch erhaltbaren Spannungen ist ferner durch die Tatsache begrenzt,

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Konten: Deutsche Bank Mannhelm 95/Ο9 53Ο · Stadtsparkasae Mannhelm 7496 89S Privatanschrift: 694Ο Welnhelm · HolbelnstraBe 8 · Fernsprecher (O 62 O1) 7 3212

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daß nur wenige chemische Elemente erfolgreich kombiniert werden können, um eine brauchbare Zelle zu bilden. Viele theoretisch mögliche Zellen können aus unterschiedlichen Gründen erfolgreich nicht hergestellt werden oder sie können die Forderungen nicht erfüllen, die an ihren Gebrauch unter echten Betriebsbedingungen gestellt werden.

Bisher wurden Batterien, die höhere Spannungen als die einer einzigen Zelle erzeugen, durch Reihenschaltung einer Mehrzahl von Zellen hergestellt. Die einzelnen Spannungen all dieser Zellen addieren sich zu einer Batteriespannung, die die Summe der Teilzellenspannungen ist. Bei geeigneter Auswahl der Teilzellen können viele gewünschte Spannungen erreicht werden.

Eine Begrenzung beim Zusammenstellen von Hochspannungsbatterien liegt jedoch in dem Gewicht und den Abmessungen der fertigen Batterie. Eine 60 Volt-Batterie erfordert 40 Zink/ Kohlenstoff-ZeIlen oder 20 Lithium/Schwefeldioxyd-Zellen. Eine derartige Batterie ist wegen der großen Anzahl der Teil zellen natürlich groß und schwer. Da ein beträchtlicher Anteil des Gewichtes und des Volumens auf die Verpackung zurückzuführen ist und nicht auf die Energieerzeugung, besitzt eine Batterie mit einer großen Anzahl kleiner Zellen ein niedrigeres Leistungsgewicht, als eine Batterie (ähnlicher Abmessungen mit einer kleineren Anzahl größerer Zellen. Um Spannungen zu erhalten, die mit bekannten Zellen nicht zusammensetzbar sind, mußte der Benutzer bisher sein Gerät so abändern, daß er es mit den erhältlichen Spannungen betreiben konnte, oder er mußte einen Gleichspannungswandler in Kombination mit seinem Gerät verwenden.

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Vielzellen-Batterien haben aber noch andere Eigenprobleme. Wenn eine Zelle ausfällt, kann die gesamte Batterie ausfallen, da die Zellen in Reihe geschaltet sind. Das setzt die Verfügbarkeit der Batterie herab. Das Problem wird umso schwerwiegender, je mehr die Anzahl der Zellen zunimmt. Die vollständige Entladung einer Zelle vor der Entladung der anderen Zellen in einer Batterie kann zu einer Umsteuerung der Zellen führen. Je nach dem chemischen Aufbau der Zelle kann sie eine Zerstörung der Batterie und eventuell des Gerätes, das mit der Batterie betrieben wird, zur Folge haben. Dieses Problem kann bei allen Zellentypen auftreten, aber es ist besonders schwerwiegend bei Zellen, die Lithium enthalten, da bei diesen Zellen die Umsteuerung der Zelle besonders große Probleme erwarten läßt. Zweifellos ist die Gefahr der Zellenumsteuerung umso geringer, je weniger Zellen in einer Batterie verwendet werden.

Ein mit der Zellenumsteuerung verbundenes, aber nicht auf Vielzellen-Batterien beschränktes Problem ist das der Batteriewiederaufladung. Viele elektrische Geräte können unter gewissen Umständen eine Spannung erzeugen, deren Polarität der Zellenspannung entgegengesetzt ist. Diese umgekehrte Spannung kann zu einer Wiederaufladung der Zelle führen mit einer unerwünschten Wirkung, die der Umsteuerung einer Zelle in einer Batterie ähnlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Batteriebehälter der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ihm gewünschte Spannungen über einen weiten Bereich entnommen werden können und daß ein unbeabsichtigtes Wiederaufladen der Zellen ausgeschaltet ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Batteriebehälter zusätzlich ein mit den Zellen elektrisch verbundener Gleichspannungswandler (Umrichter), eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des Umrichters und einer Last und Mittel, die einen Stromfluß durch den Umrichter verhindern, wenn keine Last am Ausgang des Umrichters liegt, vorgesehen sind, wobei sich die Zellen nur bei an den Umrichter angeschlossener Last entladen und der Umrichter eine wesentlich größere Ausgangsspannung als die Nennspannung der Zellen liefert und/oder ein Wiederaufladen der Zellen verhindert.

Es hat sich gezeigt, daß beliebige Spannungen innerhalb eines weiten Bereiches bei Verwendung eines Batteriebehälters erhalten werden können, in dem ein Gleichspannungswandler enthalten ist. Der Umrichter ist mit der Zelle oder den Zellen, die in dem Behälter angeordnet sind, elektrisch verbunden. Der Batteriebehälter kann eine elektrische Schaltungsanordnung zur Lastschaltung, beispielsweise als Teil des Umrichters, benutzen. Er kann so gestaltet werden, daß er mit den anderen bekannten Batteriebehältern unverwechselbar ist und kann in vielen Anwendungsfällen benutzt werden, in denen die bekannten Batterien nicht verwendet werden können.

In bevorzugten Ausführungsformen kann der erfindungsgemäße Batteriebehälter mit einem Umrichter ausgestattet sein, der ein unerwünschtes Wiederaufladen durch externe Spannungen verhindert, indem er den Stromrückfluß blockiert. Eine derartige Ausführungsform ist sehr wertvoll, wenn die Zellen empfindlich gegen Überlastung sind, wie das beispielsweise bei Zellen mit negativen Lithiumelektroden und positiven Schwefeldioxyd-Depolarisatorelektroden der Fall ist. Dies kann durch

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Verwendung einer oder mehrerer Dioden geeigneter Polarität erreicht werden.

Die Ausgangsspannung des Umrichters ist vorzugsweise ein festes Vielfaches der Zellenspannung. Der Umrichter kann einen Transformator mit einer angezapften Primärwicklung und einer mehrfach angezapften Sekundärwicklung, die mehr Windungen als die Primärwicklung besitzt, enthalten. Abhängig von dem angeschlossenen Schaltkreis kann das Wicklungsverhältnis von Sekundär- zu Primärwicklung ungefähr zwischen 2:1 und 50:1 oder zwischen 20:1 und 500:1 liegen.

Bevorzugte Ausführungsformen von Umrichterschaltkreisen sind in den Unteransprüchen 7 bis 10 angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend[von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben uni erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Das Schaltbild eines ersten in einem Batteriebehälter verwendbaren Umrichters;

Fig. 2 das Schaltbild eines zweiten in einem Batteriebehälter verwendbaren Umrichters mit Transistoren in Darlington-Schaltung;

Fig. 3 das Schaltbild eines weiteren Umrichters mit pnp-Transistoren und

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Batteriebehälter mit einer einzigen Zelle.

Der Umrichter gemäß Fig. 1 weist einen ersten npn-Transistor 10 und einen zweiten npn-Transistor 12 und einen im Sättigungsbereich betriebenen Transformator 14 mit einer mit

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original

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Mittelanzapfung 30 versehenen Primärwicklung 16 und einer mit Anzapfungen 26,28 und 46 versehenen Sekundärwicklung 18 auf. Die Transistoren 10 und 12 sind SiIiz. iumtransistoren mit niedrigem Verluststrom. Andere Transistoren mit höheren Verlustströmen, wie beispielsweise Germaniumtransistoren, können in Fällen benutzt werden, in denen der Verluststrom und die daraus resultierende Entladung der elektrochemischen Zelle während der Lagerung kein Problem darstellen.

Der Kollektor des Transistors 10 ist mit einem Wicklungsende 20 der Primärwicklung 16 und der Kollektor des Tansistors 12 mit dem entgegengesetzten Wicklungsende 22 der Primärwicklung verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 10 und 12 sind mit der negativen Elektrode der Gleichstromquelle, hier also der elektrochemischen Zelle 24 verbunden. Zwischen die Emitter und die negative Elektrode der Zelle 24 kann noch eine Sicherung 25 geschaltet werden, die den Stromkreis unterbricht, wenn die Zelle 24 bis auf einen vorbestimmten Wert entladen ist.

Die Basis des Transistors 10 liegt an einer ersten Anzapfung 26 der Sekundärwicklung 18, diejenige des Transistors 12 an einer zweiten Anzapfung 28.

Die positive Elektrode der Zelle 24 ist mit der Mittelanzapfung 30 der Primärwicklung 16 und einer positiven Ausgangsklemme 32 der Schaltung verbunden. Ein Wicklungsende 34 der Sekundärwicklung 18 ist mit der positiven Elektrode einer ersten Diode 36 und das andere Wicklungsende 38 der Sekundärwicklung 18 mit der positiven Elektrode einer zweiten Diode 40 verbunden. Die negativen Elektroden der beiden

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42/

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Dioden 36 und 40 liegen an einer negativen Ausgangsklemme 42 des Schaltkreises. Die beiden Ausgangsklemmen 32 und dienen dem Anschluß einer in der Zeichnung nicht dargestellten Last an den Umrichter. Die Lastschaltung, d.h. eine elektrische Schaltungsanordnung zur Verhinderung eines Stromflusses durch den Umrichterschaltkreis, wenn keine Last an dem Ausgang des Umrichters liegt, wird bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Umrichterschaltkreis als basisgesteuerter Schaltkreis ausgelegt ist. Wenn keine Last an die Ausgangsklemmen. 32 und 42 angeschlossen ist, ist der basisgesteuerte Schaltkreis offen und durch die Transistoren 10 und 12 kann nur ein Leckstrom von einigen Nanoampere fließen. Wird die Last mit dem Umrichterschaltkreis verbunden, so ist der basisgesteuerte Schaltkreis komplett. Die Transistoren 10 und 12 sind vorgespannt und durch den Schaltkreis fließt Strom.

Die stromleitenden Transistoren 10 und 12 führen zu einem Schwingen des Schaltkreises und erzeugen über Teilstücken der Sekundärwicklung 18 eine Spannung. Diese Spannung entsteht jeweils nur über demjenigen Teilstück der angezapften Sekundärwicklung 18, das mit dem Transistor 10 oder 12 verbunden ist, der gerade stromleitend ist, da während der Oszillation des Schaltkreises jeweils nur einer der Transistoren 10 und 12 stromleitend ist.

Die Schaltung der Dioden 36 und 40 ermöglicht es, daß die Ausgangsspannung von jeder der beiden stromführenden Teil-Wicklungen der Sekundärwicklung 18 den Ausgangsklemmen 32, 42 zugeführt wird und somit eine Vollwellengleichrichtung erzielt wird. Die Ausgangsspannung wird wechselweise entwe~ der zwischen der ersten Anzapfung 26 und dem Wicklungsende

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der Sekundärwicklung 18 oder zwischen der zweiten Anzapfung 28 und dem zweiten Wicklungsende 34 der Sekundärwicklung abgenommen. Sie ist von dem Verhältnis zwischen der Windungszahl der einen Halbwicklung der Primärwicklung 16 und der Windungszahl des stromleitenden, abgegriffenen Teilstückes der Sekundärwicklung 18 abhängig. Da die Zelle 24 in Reihe mit den Ausgangsklemmen 32,42 liegt, muß ihre Spannung zu den in der Sekundärwicklung 18 erzeugten Spannungen addiert werden. In dein Ausführungsbeispiel kann das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung 16 zur Sekundärwicklung 18 ungefähr zwischen 1:2 bis 1:5 variiert v/erden.

Die Dioden 36 und 40 erlauben einen Spannungsabgriff jeweils nur an derjenigen Teilwicklung der Sekundärwicklung 18, die während der Oszillation des Schaltkreises gerade stromleitend ist. Dadurch bleibt die Polarität der Ausgangsspannung während der Oszillation konstant und eine weitere Gleichrichtung ist nicht erforderlieh. Pilteranordnungen, wie beispielsweise Kondensatoren, können an die Anschlußklemmen 32, 42 geschaltet werden, um die Wechselstromwelligkeit zu reduzieren. Die Dioden 36 und 40 verhindern ferner ein Aufladen der Zelle 24, indem sie jede Ladespannung blockieren.

Die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter eines jeden Transistors 10 bzw. 12 ist durch das Windungsverhältnis der einen Hälfte der Primärwicklung 16 zu der Teilwicklung der Sekundärwicklung 18 zwischen den beiden Abgriffen 26 und 28 bestimmt. Die Anzahl der Windungen in diesem angezapften Teilstück der Sekundärwicklung 18 ist durch die Lage der Abgriffe 26 und 28 bestimmt und entspricht in keinem Fall der Gesamtzahl der Windungen der Sekundärwicklung. Dies ermög-

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Ai!

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licht, daß stets eine Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung erzeugt wird, solange eine Spannung zwischen dem Emitter und der Basis unterhalb der Zündspannung der Transistoren 10 und 12 aufrecht erhalten wird. Die Fähigkeit der Schaltung, zwischen dem Emitter und der Basis der Transistoren 10 und 12 eine niedrige Spannung zu halten, ermöglicht die Verwendung von SiIi-S .iumtransistoren mit geringem Verluststrom anstelle der mit hohem Verluststrom arbeitenden Germaniumtransistoren, die eine höhere Emitter-Basis-Zündspannung haben.

Es hat sich gezeigt, daß der Schaltkreis unter gewissen Bedingungen weiter oszilliert und Strom zieht, nachdem die Last vom Schaltkreis abgeschaltet worden ist. Durch Einschalten eines Kondensators 44 zwischen einem Mittelabgriff 46 an der Sekundärwicklung 18 und der negativen oder positiven Elektrode der Zelle 24 hört der Umrichter auf, Strom mit Ausnahme des Verluststromes zu ziehen, wenn die Last abgeschaltet ist. Der Schaltkreis gemäß Fig- 1, bei dem der Kondensator 44 mit der negativen Elektrode der Zelle 24 verbunden ist, besitzt einen Wirkungsgrad von 75-90% oder höher, abhängig von dem Transformatorverhältnis, der Komponentenauswahl, Frequenz usw..

Die Zelle oder Zellen und der Umrichterschaltkreis sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und bilden einen Batteriebehälter.

Der Schaltkreis gemäß Fig. 2 ist derselbe wie derjenige gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Transistor 10 durch erste gekoppelte Teiltransistoren 50 und 52 und der Transistor 12 durch zweite gekoppelte Teiltransistoren 54 und 56 ersetzt ist.

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Jeder Satz der gekoppelten Teiltransistoren 50,52 und 54,56 kann in einem einzigen Chip angeordnet werden und bildet einen Darlington-Transistor. Alternativ kann jedes Paar aus zwei diskreten Transistoren bestehen, die in einer Darlington-Schaltung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verbunden sind. In jeder dieser Anordnungen sind die Emitter der Transistoren 52 und 56 zusammengeschlossen.

Der Transistor 50 besteht üblicherweise aus einem kleinen Schalttransistor mit einem hohen Verstärkungsgrad und geringer Leistung, während der Transistor 52 ein Leistungstransistor ist, über den der größte Teil des Stromes fließt. Der Emitter des Transistors 50 ist mit der Basis des Transistors 52 verbunden. Entsprechendes gilt für die Transistoren 54 und 56. Die Kombination eines Schalt- mit einem Leistungstransistor erlaubt es, daß Y/indungsverhältnis der Primärwicklung 16 zur Sekundärwicklung 18 des Transformators 14 gegenüber demjenigen im Schaltkreis gemäß Fig. 1 zu erhöhen. Das bevorzugte Verhältnis bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen der Windungszahl der Primärwicklung 16 zu derjenigen Sekundärwicklung 18 variiert zwischen 1:20 und 1:500. Dadurch wird eine weitaus höhere Ausgangsspannung bei gleicher gegebener Eingangsspannung wie in dem Schaltkreis gemäß Fig. erzeugt. Die beiden zusätzlichen Transistoren reduzieren den Gesamtwirkungsgrad des Schaltkreises gemäß Fig. 2 auf ungefähr 65%.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die npn-Transistören 10 und 12 in Fig. 1 durch pnp-Transistoren 70 und 72 ersetzt. Diese Substitution erfordert es, daß die Emitter der Transistoren 70 und 72 an die positive Elektrode der Zelle 24

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angeschlossen werden. Die negative Elektrode der Zelle 24 ist nunmehr mit dem Mittelabgriff 30 der Primärwicklung 16 und der negativen Ausgangsklemme 42 verbunden. Die positive Ausgangsklemme 32 liegt jetzt an den positiven Elektroden der Dioden 36 und 40, deren negative Elektroden mit den Wicklungsenden 34 bzw. 38 der Sekundärwicklung 18 verbunden sind.

Die Verwendung der pnp-Transistoren 70 und 72 ermöglicht es, daß die negative Elektrode der Zelle 24, die bei vielen Batteriesystemen ein Metallbecher ist, in elektrischem Kontakt mit dem Gehäuse des Batteriebehälters 80 in Fig. 4 stehen kann. Die Verwendung von npn-Transistoren dagegen erfordert einen Isolator zwischen der Zelle 24 und dem Gehäuse des Batteriebehälters, wodurch Gewicht und Abmessungen des Batteriebehälters vergrößert werden.

Der Bereich möglicher Lasten, die zur Aktivierung des Umrichterschaltkreises gemäß Fig. 1, 2 oder 3 erforderlich sind, ist sehr groß. Die größte Last wird zum einen durch die Fähigkeit der Batterie 24, den erforderlichen Strom zu erzeugen, und zum anderen durch die Fähigkeit des Schaltkreises, den Strom zu führen, bestimmt. Da der gesamte von der Zelle 24 erzeugte Strom durch die Schaltung fließt, müssen die Transistoren 10,12 oder 50,52 und 54,56 oder 70,72 in der Lage sein, den Strom zu leiten, ohne Schaden zu nehmen.

Die kleinste Last, die den Umrichter aktivieren kann, kann im Voraus bestimmt werden. Sie kann durch die Wahl der Transistoren, die Eingangsspannung des Umrichters, das Windungsverhältnis und den Ort der Anzapfungen festgelegt werden. Die Schaltung kann so ausgelegt werden, daß sie unterhalb einer im Voraus festgelegten Lasthöhe nichtleitend bleibt.

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Der Schaltkreis beginnt dann bei der festgelegten Easthöhe zu arbeiten und eine Spannung zu erzeugen. Diese Eigenschaft gab es bisher bei Batterien nicht. Batterien haben bisher, wenn sie nicht entladen waren, stets eine Spannung an ihren Klemmen gehabt.

Fig. 4 zeigt einen Batteriebehälter 80, in dem eine einzelne Zelle 82 und ein Umrichter 84 angeordnet sind. Die Schaltung des Umrichters 84 entspricht derjenigen gemäß Fig. 3. Selbstverständlich kann auch jede andere Umrichterschaltung, die mit der Zelle 82 kompatibel ist, wie diejenigen gemäß Fig. 1 und 2, verwendet werden. Die Zelle 82 kann jede beliebige elektrochemische Zelle sein;.im Ausführungsbeispiel ist sie eine Lithium/Schwefeldioxyd-Zelle bekannter Bauart.

Der Umrichter 84 wirkt als Lastschalter. Dies ist jedoch für die Funktion des Batteriebehälters 80 nicht erforderlich und muß nicht unbedingt in dem Umrichter 84 eingeschlossen sein» Falls die Wirkung jedoch vorhanden ist, verhindert sie wirkungsvoll den Leistungsabfall der Zelle 82 während Lagerung des Batteriebehälters 80.

Die Zelle 82 und der Umrichter 84 sind elektrisch durch geeignete stromleitende Mittel miteinander verbunden, beispielsweise Flachstecker, Streifen oder Drähte 86 und 88, die an dem Umrichter und/oder der Zelle angeschweißt oder angelötet sind. Die Zelle 82 ist mit den Eingangsklemmen des Umrichters 84 verbunden. Die positive Elektrode der Zelle 82 ist durch einen Draht 88 über eine Sicherung 90 mit den Emittern der Transistoren 70 und 72 im Schaltkreis gemäß Fig. 3 verbunden. Die negative Elektrode der Zelle 22 liegt mittels

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eines Drahtes 86 an dem Mittelabgriff 30 der Primärwicklung 16 des Transformators 14 und an dem Behälter 92.

Die Sicherung 90, die den Schaltkreis öffnet, wenn die Zelle 82 bis zu einem bestimmten Maß entladen ist, kann aus einem Sicherungsdraht oder einem dünnergemachten Abschnitt des Drahtes 88 bestehen. Die Sicherung 90 ist so ausgelegt, daß sie schmilzt und damit das System schützt, falls die Entladung der Zelle 82 einen vorgegebenen Punkt erreicht, der jenseits des vorbestimmten Entladungsmaßes liegt. Ein derartiges Maß kann erreicht werden, wenn der Batteriebehälter 80 kurz~ geschlossen wird.

Die Sicherung 90 schmilzt durch die Wirkung des erhöhten Stromes, der während der ungewünscht hohen Entladung fließt. Die Sicherung 90 ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, aber eine zu starke Entladung kann bei vielen Zellentypen ernste Beschädigungen hervorrufen.

Die positive Ausgangsklemme des Umrichters 84 ist durch einen Draht 94 mit einem Außenanschluß 96 elektrisch verbunden. Die vom Mittelabgriff 30 kommende negative Anschlußklemme 42 ist mit dem Behälter 92 verbunden, der den zweiten elektrischen Anschluß der Zelle 82 darstellt. Im Gebrauch verbinden die Anschlüsse 92 und 96 den Umrichter 84 elektrisch mit der Last. Im Ausführungsbeispiel dient der positive Außenanschluß 96 gleichzeitig als Deckel' für den Batteriebehälter 80. Der Deckel 96 und der Becher 92 bilden das Gehäuse für den Batteriebehälter 80.

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Die Außenanschlüsse 92 und 96 sind durch eine Isolierscheibe 98 elektrisch voneinander getrennt. Die Zelle 82 und der Umrichter 84 sind durch eine Vergießmasse 100 gegen den Batteriebehälter 80 isoliert und an ihrem Platz gehalten. Die Vergießmasse 100 wird durch zwei Löcher 102 und 104 eingefüllt. Sie kann ein Wachs, ein Epoxydharz oder ein anderes geeignetes und gebräuchliches Vergießmittel sein, das sich mit den anderen Bestandteilen des Batteriebehälters 80 verträgt.

Zwischen dem Boden der Zelle 82 und dem Becher 92 ist eine Unterlagscheibe 106 angeordnet, die für einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Zelle und dem Becher sorgt. Die Unterlagscheibe 106 schafft ferner einen freien Raum zwischen der Zelle 82 und dem Becher 92 für Gase, die im unwahrscheinlichen Fall eines Undichtwerdens der Zelle entstehen.

Die Außenanschlüsse 92 und 96 sind als Bestandteile des Batteriebehälters 80 dargestellt. Sie können auch als diskrete Anschlüsse, beispielsweise als Steck- und Buchsenverbindungen ausgebildet sein. Der Batteriebehälter 80 kann in jeder Größe und Form hergestellt werden. Das einzige Erfordernis ist, daß er genügend Platz für den Umrichter 84 und die Zelle 82 bietet, die ihrerseits eine ausreichende Kapazität zur Versorgung des Gerätes, für das der Batteriebehälter vorgesehen ist, aufweisen muß. Die Möglichkeit, jede Art von Anschluß mit jeder möglichen Größe und Form des Batteriebehälters 80 zu kombinieren, erlaubt die Herstellung eines Batteriebehälters, der mit den bekannten Batterien unverwechselbar ist.

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Der Batteriebehälter 80 gemäß Fig. 4 enthält lediglich eine einzige Zelle 82. Das macht eine Umsteuerung der Zelle, die auftreten kann, wenn Zellen in Reihe miteinander verbunden sind, unmöglich.

Auch ein Wiederaufladen der Zelle von einer außerhalb des Batteriebehälters befindlichen Quelle, die zu ähnlichen Ergebnissen wie die Zellenumsteuerung führen kann, kann durch die Verwendung eines Umrichters nach den Figuren 1,2 oder 3 ausgeschlossen werden. Bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 wird das Wiederaufladen durch die Dioden 36 und 40 verhindert, deren Durchlaßrichtung von der positiven Elektrode der Zelle 24 zum Transformator 14 und dann zu den Basen der Transistoren 10,12 oder 50,52, 54,56 zeigt. Die Verhinderung der Zellenumsteuerung und des Wiederaufladens sind wichtige Sicherheitsfaktoren bei vielen Batterien, insbesondere bei denen mit einer negativen Lithiumelektrode.

Die Verwendung nur einer einzigen Zelle 82 garantiert einen Batteriebehälter 80 mit viel höherer Betriebssicherheit als die bisher bekannten Vielzellenbatterien. Das kommt daher, daß der lastschaltende Umrichter 84 und die meisten anderen Umrichter weitaus betriebssicherer als die bekannten elektrochemischen Zellen sind. Der erfindungsgemäße Batteriebehälter 80 mit nur einer einzigen Zelle 82 und dem Umrichter 84 ist betriebssicherer als eine Zweizellenbatterie und weitaus betriebssicherer als Vielzellenbatterien mit 5, 10 oder 100 Zellen.

Ein Batteriebehälter 80 mit nur einer einzigen Zelle 82, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, ist das bevorzugte Ausführungs-

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beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fähigkeit' des Umrichterschaltkreises gemäß Fig. 1,2 und 3, über einen weiten Bereich verändert zu werden, ermöglicht eine große Variation der Ausgangsspannungen von einer einzigen Zelle 82. Bei Verwendung einer Lithium/Schwefeldioxyd-Zelle bekannter Bauart mit einer Ausgangsspannung von ungefähr 3 Volt kann man eine Ausgangsspannung des Batteriebehälters von ungefähr 6 bis 1500 Volt erhalten.

In manchen Fällen mag ein Batteriebehälter mit mehreren Zellen wünschenswert sein. Dies kann durch Reihen- oder Parallelverbindung der Zellen erreicht werden, was von der erförderlichen Eingangsspannung und dem Strom abhängt. Eine höhere Eingangsspannung durch Vervrendung von .2 oder mehr Zellen kann den Wirkungsgrad der Schaltungen gemäß Fig. 1,2 und 3 erhöhen.

Beispiel; Der Schaltkreis gemäß Fig. 1 wurde mit 2 SiIiζ ium-Leistungstransistoren 10 und 12 bestückt. Die Transistoren 10 und 12 wurden mit einem im Sättigungsbereich betriebenen Transformator 14 verbunden, der eine mit Mittelabgriff versehene Sekundärwicklung 16 mit 12 Windungen und eine mit Mittelabgriff versehene Sekundärwicklung 18 mit 130 Windungen besaß. Die Sekundärwicklung 18 war außerdem mit Abgriffen 26 und 28 bei 6 Windungen nach jeder Seite vom Mittelabgriff 46 aus gesehen ausgerüstet. Die Primärwicklung 16 und die Sekundärwicklung 18 waren auf eine Plastikspule mit einem Ferritkern gewickelt.

Die Gleichstromquelle 24 war eine elektrochemische Zelle mit einer negativen Lithiumelektrode und einer positiven Schwefeldioxyd-Depolarisatorelektrode. Die Zelle 24 versorgte den

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Schaltkreis mit einer Eingangsspannung von 2,66 Volt.

Parallel zu den Ausgangsklemmen 32 und 42 des Schaltkreises waren zwei Kondensatoren geschaltet, die die Ausgangsspannung filterten. Die Kondensatoren waren ein 10 pF Elektrolytkondensator mit einer Nennspannung von 35 Volt und ein 0,1 ^iP Keramikkondensator mit einer Hennspannung von 25 Volt.

Bei Anschluß einer Last von 392 H zog der Schaltkreis 0,955 A bei 2,66 V. Dies entsprach einer Leistungsabgabe von 2,54 W, Die Ausgangsspannung des Schaltkreises an der Last betrug 28,4 V bei 0,0705 A, also eine Leistung von 2,0 ¥. Der Gesamtwirkungsgrad betrug somit 8Of/o.

Die vorstehende Beschreibung, das Beispiel und die Figuren dienen ausschließlich der Illustration der vorliegenden Erfindung. Abänderungen des Schaltkreises und des Batteriebehälters führen nicht aus dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung heraus.

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Claims

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Ansprüche

Ί; Batteriebehälter mit mindestens einer elektrochemischen Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß im Batteriebehälter

ein/
zusätzlich mit den Zellen (82) elektrisch verbundener· Gleichspannungswandler (Umrichter) (34), eine, elektrische Verbindung (86,33) zwischen den Ausgang des Unirichters und einer Last und Mittel, die einen Stronflu3 durch den Umrichter verhindern, v/enn keine Last an Ausgang des Umrichters liegt, vorgesehen sind, wobei sich die Zellen nur bei an den Umrichter angeschlossener Lest entladen und der Umrichter eine wesentlich größere Ausgangsspannung als die Nenn-spannung der Zellen liefert und/oder ein Wiederaufladen der Zellen verhindert,
2. Batteriebehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Umrichters (84) ein festes Vielfaches der Zellenausgangsspannung ist.
3. Batteriebehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Zellen empfindlich gegen Überlastung ist.

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4. Batteriebehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter (84) einen Transformator (14) aufweist, der eine angezapfte Primärwicklung (16) und eine mehrfach angezapfte Sekundärwicklung (18) besitzt, die mehr Windungen als die Primärwicklung hat.
5. Batteriebehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Sekundär- zur Primärwicklung zwischen ungefähr 2:1 und 50:1 liegt.
6. Batteriebehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter (84) wenigstens eine Diode (36,40) axifweist, deren Durchlaßrichtung von der positiven Elektrode der Zelle (24) zur positiven Klemme (32) der elektrischen Verbindung weist, so daß ein Wiederatifladen der Zellen verhindert wird.
7. Batteriebehälter nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfung (30) der Primärwicklung (16) elektrisch mit der positiven Elektrode der Zelle (24) und der positiven Klemme (32) der elektrischen Verbindung verbunden ist, daß eine Oszillator-

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schaltung mit einem Transistorenpaar (10,12; 50,54) vorgesehen ist, deren Kollektoren mit den entgegengesetzten Wicklungsenden der Primärwicklung, deren Basen mit getrennten Anzapfungen (26,28) der Sekundärwicklung (18) und deren Emitter mit der negativen Elektrode der Zelle verbunden sind, und daß zwei Dioden (36,40) mit ihren negativen Elektroden an die negative Klenrae (42) der elektrischen Verbindung und mit ihren positiven Elektroden an die entgegengesetzten Wicklungsenden der Sekundärwicklung angeschlossen sind (Fig. 1 und 2).
8. Batteriebehälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfung (30) der Primärwicklung • (16) elektrisch mit der negativen Elektrode der Zelle (24) und der negativen Klemme (42) der elektrischen Verbindung verbunden ist, daß eine Oszillatorschaltung mit einem Transistorenpaar (70,72) vorgesehen ist, deren Kollektoren mit den entgegengesetzten Wicklungsendeη der Primärwicklung, deren Basen mit getrennten Anzapfungen (26,23) der Sekundärwicklung (18) und deren Emitter mit der positiven Elektrode der Zelle verbunden sind, und daß zwei Dioden (36,40) mit ihren positiven Elektroden an die positive Klemme (32) der elektrischen Ver-

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bindung und mit ihren negativen Klemmen an die entgegengesetzten "Wicklungsenden der Sekundärwicklung angeschlossen sind (Fig. 3).
9. Batteriebehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor zwei gekoppelte Teiltransistoren (50,52; 54,60) aufweist, wobei der Emitter des ersten der beiden gekoppelten Transistoren mit der Basis des zweiten gekoppelten Transistors verbunden ist.
10. Batteriebehälter nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung (16) zu der angezapften Teilwicklung (26-34 bzw. 28-38) der Sekundärwicklung (18), an die die Basis des Transistors (10,12,50,54,70,72) angeschlossen ist, so bemessen ist, daß die in dieser Teilwicklung erzeugte Spannung niedriger als die Zündspannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors ist.
11. Batteriebehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (82) eine negative Lithiumelektrode aufweist.

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12. BatterielDehalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (82) eine positive Depolarisatorelektrode aus Schwefeldioxyd aufweist.

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