NL8000474A

NL8000474A - Batterijpakket met gelijkstroom-gelijkstroomomzetter.

Info

Publication number: NL8000474A
Application number: NL8000474A
Authority: NL
Original assignee: Mallory & Co Inc P R
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1980-07-31
Also published as: NO800193L; SE8000572L; ZA80522B; JPS55103051A; AU524499B2; CH652870A5; DK34280A; PL221638A1; ES8103488A1; DD148845A5; AU5448980A; GB2040609A; GB2040609B; AR224388A1; ES488371A0; IL59109A0; IT8019512A0; SE444626B; IT1193895B; CA1138527A

Description

--1-

V

Batterijpakket met gelijkstroom-gelijkstroomomzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een batterijpakket, dat ten minste êên elektrochemische cel omvat en een gelijkstroom-gelijkstroomomzetter, en meer in het bijzonder op een dergelijk pakket, waarin de omzetter een belasting-5 omschakelende capaciteit bezit.

Elektrochemische cellen produceren een specifieke spanning, die afhangt van de materialen, waaruit de cel bestaat. Binnen zeer nauwe grenzen kan een gewenste spanning worden geproduceerd van een enkele cel via de zorgvuldige 10 selectie van materialen. De maximale spanning, die beschikbaar is van een enkele cel via deze methode, bedraagt minder dan 4 volt in verband met het inherente beperkte verschil in spanningspotentialen van de materialen, waaruit de cel bestaat. Het praktisch aantal beschikbare 15 spanningen wordt verder gereduceerd door het feit, dat slechts een paar van de chemische elementen op succesvolle wijze kunnen worden gecombineerd voor het produceren van een bruikbare cel. Veel theoretisch mogelijke cellen kunnen niet met succes worden vervaardigd om verschillende 20 redenen, of zij kunnen niet voldoen aan de gebruiksvereiste onder werkelijke omstandigheden.

In het verleden zijn er batterijen, die spanningen hebben hoger dan die van een enkele cel,geproduceerd door het verbinden van een aantal van dergelijke cellen in serie. De 25 afzonderlijke spanningen van alle cellen worden opgeteld teneinde een eindbatterijspanning voort te brengen welke de som is van de samenstellende celspanningen. Met een juiste keuze van samenstellende cellen kunnen veel gewenste spanningen worden bereikt.

30 Een beperking in het ontwerpen van batterijen voor hoge spanningen is evenwel het gewicht en het volume van de uiteindelijke batterij. Een 60 volt's batterij vereist 40 zink/koolstofcellen of 20 lithium/zwaveldioxydescellen.

Een dergelijke batterij moet groot en zwaar zijn 35 wegens het groot aantal samenstellende cellen. Aangezien een deel van het gewicht en het volume dient voor de verpakking en niet voor energieproduktie, bezit een batterij

fi λ η n l l L

~ 2 - met een groot aantal kleine cellen een lagere energie-dichtheid dan overeenkomstig afgemeten batterij met een kleiner aantal grote cellen. Teneinde andere spanningen te verkrijgen dan die, welke beschikbaar zijn van bekende 5 cellen, diende de gebruiker in het verleden zijn uitrusting te modificeren teneinde de beschikbare spanningen te kunnen gebruiken,of had deze een spanningsomzetter te gebruiken in combinatie met zijn uitrusting.

Multicelbatterijen bezitten andere problemen, die 10 daaraan inherent zijn. Indien er ëën cel uitvalt, kan de gehele batterij uitvallen, aangezien de cellen in serie zijn verbonden. Dit vermindert de betrouwbaarheid van de batterij. Dit probleem wordt des te ernstiger, naarmate het aantal cellen toeneemt. De volledige ontlading van ëën 15 cel voor die van de andere cellen in een batterij-ontlading, kan celomkeer veroorzaken. In afhankelijkheid van de chemische opbouw van de cel kan dit schade veroorzaken aan de batterij en aan de inrichting, die door de batterij wordt gevoegd. Dit kan een ernstig probleem vormen met 20 elk type cel, maar in het bijzonder met cellen, die lithium bevatten, waarin celomkeer wordt vermoed de oorzaak van ernstige problemen te zijn. Vanzelfsprekend is, naarmate het aantal cellen, dat gebruikt wordt in een batterij kleiner is, de kans kleiner op celomkeer en op batterijuitvallen.

25 Een probleem, dat betrekking houdt met celomkeer, maar niet beperkt is tot multicelbatterijen, is dat van batterij-oplading. Veel elektrische inrichtingen kunnen onder bepaalde omstandigheden een spanning produceren van een omgekeerde polariteit als die van de cel. Dergelijke omge-30 keerde spanningen zullen er toe neigen de cel op te laden met een ongewenste uitwerking, die overeenkomstig is aan de omkeer van een cel in een batterij.

Het doel van de uitvinding is nu het verschaffen van een spanningsbron, die gebruikmakend van één of meer cellen 35 in staat is om gewenste spanningen te leveren over een breed gebied, en waarbij het probleem van heroplading van cellen is geëlimineerd.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt door een batterijpakket, dat een huis bevat, waarin ten minste één 40 electrochemische cel aanwezig is, met het kenmerk, dat 8000474 * * - 3 - het huis tevens een gelijkstroom-gelijkstroomomzetterketen bevat, die elektrisch verbonden is met de cel of cellen, middelen voor het elektrisch verbinden van de uitgang van deze omzetter aan een belasting, en middelen voor het 5 nagenoeg verhinderen van een stroomflux door de omzetter-keten, tenzij er een belasting is verbonden aan de uitgang van de omzetterketen, waardoor de genoemde cel of cellen zullen ontladen alleen dan, wanneer de belasting is bevestigd aan de omzetterketen, waarbij de omzetterketen in staat is 10 een uitgangsspanning te verschaffen, die aanzienlijk in overmaat is van de bemeten spanning van de cel of cellen in het pakket en/of om heroplading van de cel of cellen te voorkomen.

Gebleken is, dat gewenste spanningen binnen een breed 15 gebied kunnen worden verkregen door gebruik te maken van een batterijpakket met een gelijkstroom-gelijkstroomomzetter binnen het batterijpakket. De omzetter is elektrisch verbonden met de cel of cellen, die gelegen zijn binnen het pakket. Het batterijpakket kan gebruik maken van elektrische 20 middelen voor het belastingsomschakelen, welke middelen tevens een gedeelte kunnen omvatten van de omzetter. Het batterijpakket volgens de uitvinding kan zodanig zijn ontworpen, dat het geheel verwisselbaar is met de meeste bekende batterijen, en is te gebruiken in veel toepassingen, 25 waar bekende batterijen niet kunnen worden gebruikt. Alternatief, of bij voorkeur in toevoeging, kan de omzetterketen ongewenst heropladen door uitwendige spanningen voorkomen door een omgekeerde stroomflux te blokkeren. Dit aspect is zeer waardevol, wanneer de cel of cellen, die worden ge-3Q bruikt gevoelig zijn voor verkeerd gebruik, bijv. cellen met lithiumanodes en zwavéldioxyde als kathodedepolarisator, dit kan worden bereikt door ëén of meer diodes met een geschikte polariteit te incorporeren.

De omzetteruitgangsspanning is bij voorkeur een 35 vast veelvoud van de celspanning. De omzetter kan een omzet-transformator omvatten met een afgetakte primaire wikkeling en een veelvoudige afgetakte secundaire wikkeling, die meer windingen heeft dan de primaire wikkeling. In afhankelijkheid van de geassocieerde schakeling kan de secundaire/ 40. primaire wikkelverhouding ongeveer 2:1 tot 50:1 bedragen, 8000474 - 4 - of ongeveer 20:1 tot 500:1.

Bijzonder geschikte omzetterschakelingen zullen thans nader worden uiteengezet in de volgende gedetailleerde beschrijving en in de conclusies 7-10.

5 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen, die bij wijze van voorbeeld zijn gegeven, onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm van een gelijkstroom-10 gelijkstroomomzetter, die kan worden gebruikt bij de uitvinding, waarbij gebruik gemaakt wordt van npn-transisto-ren, en waarbij middelen aanwezig zijn om te voorkomen, dat er stroom kan lopen door de omzetter, tenzij een belasting is verbonden met de uitgang van de omzetter; 15 fig, 2 een tweede uitvoeringsvorm van een gelijkstroom- gelijkstroomomzetter, waarbij Darlington-transistoren of verbindingen worden gebruikt; fig. 3 een derde omzetter, waarbij gebruik gemaakt wordt van pnp-transistoren, 20 fig. 4 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een uit voeringsvorm van de uitvinding waarbij een enkele cel is opgenomen in het batterijpakket.

Een eerste gelijkstroom-gelijkstroomomzetterketen volgens de uitvinding, getoond in fig. 1, omvat eerste en tweede 25 transistoren 10 en 12 van het npn-type met emittor-, collector- en basiselektrodes, en een verzadigbare omzet-transformator 14, die een middenafgetakte primaire wikkeling 16 heeft en veelvoudig afgetakte secundaire wikkeling 18.

De transistoren 10 en 12 zijn bij voorkeur siliciumtransis-30 toren met een laag lekvermogen. Andere transistoren, die hogere lekstromen bezitten, zoals germaniumtransistoren, kunnen worden gebruikt in gevallen, waar lek en de daaruit resulterende electrochemische celstroomafvoer gedurende het opslaan geen probleem vormen.

35 De collectorelektrode van de eerste transistor 10 is verbonden aan het ene einde 20 van de primaire wikkeling 16, en de collectorelektrode van de tweede transistor 12 is verbonden aan het tegenovergelegen einde 22 van de primaire wikkeling 16. De emittorelektrode van elke transistor 10 4Q resp. 12 is verbonden met de negatieve klem van een gelijk- 8000474 - 5 - k * strooravoedingsbron, die in dit geval een elektrochemische cel 24 is. Een smeltveiligheid. 25 kan verder in serie zijn verbonden tussen de emittorelektrodes en de negatieve klem van de cel 24. De smeltveiligheid 24 is bedoeld om de 5 keten te breken, indien de cel 24 wordt ontladen in een mate boven een vastgestelde mate.

De basiselektrode van de eerste transistor 10 is verbonden aan een eerste aftakking 26 op de secundaire wikkeling 18. De basiselektrode van de tweede transistor is 10 verbonden aan een tweede aftakking 28 op de secundaire wikkeling 18.

De positieve klem van de cel 24 is verbonden met een middenaftakking 30 van de primaire wikkeling 16 en tevens aan een positieve uitgangsverbinding 32 van de keten.

15 Het ene einde 34 van de secundaire wikkeling 18 is verbonden met een kathode van een eerste diode 36, en het andere eind 38 van de wikkeling 18 is verbonden met een kathode van een tweede diode 40. De anodes van de twee diodes 36, 40 zijn verbonden met een negatieve uitgangsverbinding 42 20 van de keten.De twee uitgangen 32, 42 getoond in deze uitvoeringsvorm, vormen de middelen voor het elektrisch verbinden van de uitgang van de omzetter aan de belasting (niet getoond), Belastingomschakeling, dat wil zeggen elektrische middelen voor het voorkomen van stroomflux 25 door de omzetterketen, tenzij een belasting is verbonden aan de uitgang van de omzetter, wordt in de voorkeursuitvoeringen van de uitvinding tot stand gebracht door de omzetterketen zodanig te ontwerpen, dat de belasting is verbonden in de basisaandrijfketen slechts gedurende het 30 ketengebruik. In de getoonde uitvoering is de belasting verbonden over de uitgangsverbindingen 32 en 42. Wanneer er geen belasting aanwezig is, is de basisaandrijfketen open, en kan er slechts een lekstroom van een paar nano-ampère lopen door de transistoren 10 en 12. Wanneer een belasting 35 is verbonden is de keten, is de basisaandrijfketen gecompleteerd. De transistoren 10 en 12 zijn voorgespannen, en stroom loopt door de keten.

De geleidende transistoren 10 en 12 doen de keten oscilleren en zij produceren een spanning over gedeelten van 40 de secundaire wikkeling 18. Een spanning zal slechts optreden aan dat gedeelte van de getakte secundaire wikkeling QnnA/,71 - 6 - 18, verbonden met de transistors 10 of 12, dat op dat ogenblik geleidend is, aangezien gedurende de ketenoscillatie slechts êên transistor 10 of 12 op enige gegeven tijd geleidt.

5 De diodes 36, 40 maken het mogelijk, dat de uitgangs- spanning wordt geleverd van elk geleidend gedeelte van de secundaire wikkeling 18, waardoor een volle-golf-gelijkrichting wordt verkregen. De uitgang wordt afwisselend toegevoerd van öf de eerste aftakking 26 en het einde 10 38 van de tweede secundaire wikkeling 18, 5f tussen de tweede aftakking 28 en het tweede einde 34 van de secundaire wikkeling 18. De uitgangsspanning van de keten is afhankelijk van de verhouding van de helft van de primaire wikkeling en het afgetakte gedeelte van de secundaire wikkeling 15 18, dat geleidend is. Aangezien de cel 24 in serie is met de uitgangsverbindingen 32, 34, wordt de spanning ervan toegevoegd aan de spanningen, geproduceerd door de secundaire wikkeling 18. In de voorkeursuitvoering kan de verhouding van de primaire wikkeling 16 tot de secundaire wikkeling 18 20 variëren van ongeveer 1 tot 2 tot ongeveer 1 tot 50.

Aangezien de diodes 36, 40 het mogelijk maken dat de uitgangsspanningsspanning slechts wordt afgenomen van dat gedeelte van de secundaire wikkeling, dat geleidend is gedurende elk gedeelte van de oscillatie van de keten, 25 blijft de polariteit van de uitgangsspanning constant gedurende de ketenoscillatie. Er is geen verdere gelijk-richting nodig. Filterinrichtingen zoals condensatoren (niet getoond1 kunnen zijn verbonden over de uitgangsverbindingen 32, 42, teneinde wisselstroomrimpels te redu-30 ceren. De diodes 36, 40 voorkomen verder het opladen van cel 24, doordat enige celopladingspotentiaal wordt geblokkeerd.

De spanning aangelegd tussen de basis en de emittor van elke transistor 10, 12 wordt bepaald door de verhouding 35 van de wikkeling van de helft van de primaire wikkeling 16 en het aantal wikkelingen in dat gedeelte van de secundaire 18 tussen de eerste en tweede aftakkingen 26, 28. Het aantal wikkelingen in dit afgetakte gedeelte van de secundaire wikkeling 18 wordt bepaald door de plaats van de 40 aftakkingen 26, 28, en niet door het totale aantal windingen 8000474 * * - 7 - in de secundaire wikkeling 18. Dit maakt het mogelijk, dat vrijwel elke uitgangsspanning kan worden geproduceerd over de secundaire wikkeling 18, terwijl er een spanning wordt gehandhaafd tussen de emittor en de basis beneden 5 de doorslagspanning van de transistoren 10 en 12. Het vermogen van de keten om een lage spanning te onderhouden tussen de emittor en basis van de transistoren 10 en 12 maakt het mogelijk, dat siliciumtransistoren met een laag lekvermogen kunnen worden gebruikt in de keten in plaats 10 van germaniumtransistoren met een hoger lekvermogen, welke een hogere emittor-basisdoorslagspanning bezitten.

Het is verder gebleken, dat onder bepaalde omstandigheden de keten voortgaat met oscilleren en stroom trekt, nadat de belasting is verwijderd van de keten. Door een 15 condensator 44 te verbinden tussen een middenaftakking 46 van de secundaire wikkeling en de negatieve op positieve klem van de cel 24, houdt de omzetterketen op met het trekken van stroom, uitgezonderd dan lekstroom, wanneer de belasting is verwijderd. In fig. 1 is de condensator 44 20 verbonden met de negatieve klem. Een keten, zoals getoond in fig. 1, is gebleken een rendement te bezitten van ongeveer 75 tot 90 % of zelfs hoger in afhankelijkheid van de opjaagverhouding, de componentselectie, de frequentie, enz.

25 De cel of cellen en de omzetterketen zijn verpakt in een gemeenschappelijk huis voor het vormen van een batterijpakket.

De keten, getoond in fig. 2, is. dezelfde als: die, getoond in fig. 1, uitgezonderd, dat de eerste transistor 10 30 is vervangen door eerste gekoppelde samengestelde transistoren 50, 52, terwijl de tweede transistor 12 is vervangen door tweede gekoppelde samengesteldé transistoren 54, 56.

Elk stel gekoppelde samengestelde transistoren 50, 52 en 54, 56 kan zijn aangebracht op een enkelvoudige chip 35 voor het vormen van een Darlington-transistor. Alternatief kan elk koppel bestaan uit twee discrete transistoren, samen verbonden op Darlington-wijze, zoals getoond in fig. 2.

In elke configuratie zijn de emittors van de transistoren 52, 56 met elkaar verbonden.

4Q De basis van de eerste transistor 50 van de gekoppelde 8000474 - 8 - samengestelde transistoren 50, 52 welke gewoonlijk een klein-signaalsiliciumtransistor is met een hoge versterking en een lage vermogenscapaciteit, is verbonden met het ene einde van de primaire wikkeling 16. De emittor van de 5 transistor 50 is verbonden met de basis van de tweede transistor 52 van de gekoppelde samengestelde transistoren 50, 52. De tweede transistor 52 is gewoonlijk een vermogens-transistor, die het meeste van de stroom hanteert, welke gaat door de gekoppelde samengestelde transistoren 50, 52.

10 De emittor van de tweede transistor 52 is verbonden met de negatieve klem van de cel 24.

Het tweede stel gekoppelde samengestelde transistoren 54, 56 is tussenverbonden op overeenkomstige wijze als het eerste koppel 50, 52. De combinatie van signaal-15 en vermogenstransistoren maakt het mogelijk dat de verhoudingen van de primaire wikkeling 16 en de secundaire wikkeling 18 van de transformator 14 worden verhoogd ten opzichte van die, gebruikt in de keten getoond in fig. 1.

In de uitvoering van de keten, getoond in fig. 2 varieert 20 de voorkeursverhouding van de primaire spoelen tot de secundaire spoelen 18 tussen ongeveer 1 tot 20 en 1 tot 500. Hierdoor kan een veel hogere uitgangsspanning worden geproduceerd van een gegeven ingangsspanning, dan bij de keten, getoond in fig. 1. De twee transistoren, toegevoegd 25 aan de keten van fig. 1, reduceren het totale rendement van de keten van fig. 2 tot ongeveer 65 %.

In fig. 3 hebben de pnp-transistoren 70 en 72 de npn-transistoren 10 en 12 van fig. 1 vervangen. Een dergelijke substitutie maakt het noodzakelijk, dat de emittor-30 elektrodes van de transistoren 70 en 72 worden verbonden met de positieve klem van de cel 24. De negatieve klem van de cel is nu verbonden met de wikkeling 16 en itlet de negatieve uitgangsverbinding 42. De positieve uitgangsverbin-ding 32 is nu verbonden met de kathodes van de diodes 36 35 en 40. De anodes van de diodes 36 en 40 zijn verbonden met de aftakkingen 34 resp. 38 van de secundaire wikkeling 18.

Het gebruik van pnp-transistoren 7Q, 72 maakt het mogelijk, dat de negatieve elektrode van de cel 24, die in veel batterij systemen een metaalbus (getoond in fig. 4) 40 is, in elektrisch contact is met het lichaam van het 8000474 1 r - 9 - batterijpakket 80 (getoond in fig. 41. Het gebruik van npn-transistoren met cellen, waarvan de bussen de negatieve elektrodes zijn, zou anders een isolator vereisen (niet getoond) tussen de cel 24 en het huis van het batterijpakket, 5 hetgeen bijdraagt tot het gewicht en volume van het batterij -pakket.

Het gebied van mogelijke belastingen, vereist voor het activeren van de omzetterketen van de uitvinding, getoond in de fig. 1, 2 en 3 is zeer groot. De grootste belasting 10 wordt bepaald door zowel het vermogen van de cel 24 om de vereiste stroom te produceren, als het vermogen van de keten om de stroom te hanteren. Aangezien alle stroom, die wordt voortgebracht door de cel 24, gaat door de keten, moeten de transistoren IQ, 12 of 5Q, 52 en 54, 56, of 70, 72 in 15 staat zijn om de stroom zonder fouten te geleiden.

De kleinste belasting, die de omzetter zal activeren, kan tevoren worden bepaald. Dit kan worden vastgesteld in de keten door de keuze van transistoren, omzetteringangs-spanning, windingsverhouding, en aftaklocaties. De keten 20 kan zijn ontworpen om niet geleidend te blijven onder een vastgesteld belastingsniveau. De keten zal beginnen te werken en een spanning produceren bij het vastgestelde belastingsniveau. Dit aspect is iets, dat niet in batterijen wordt aangetroffen. Wanneer batterijen niet zijn uitgeput, 25 hebben zij altijd een spanning over hun klemmen.

In fig. 4 is een batterijpakket 80 schematisch getoond met daarin een enkele cel 82 en een gelijkstroom-gelijk-stroomomzetter 84. De gelijkstroom-gelijkstroomomzetter 84 is de keten, getoond in fig. 3 of enige andere gelijkstroom-30 gelijkstroomomzetterketen, die compatibel is met de cel 82, zoals die getoond in de fig. 1 en 2. De cel 82 kan elke electrochemische cel zijn, maar de voorkeurscel 82 is een lithiura/zwaveldioxydecel van bekende constructie.

In de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding voert 35 de omzetter 84 belastingsschakeling uit. Drie van dergelijke omzetterketens zijn getoond in fig. 1, 2 en 3. Belastingsschakeling is niet vereist voor het batterijpakket 80 teneinde te kunnen funktioneren, en is niet vereist om te worden opgenomen in de omzetter 84. Indien aanwezig 40 elimineert dit vrijwel alle stroomafvoer aan de cel 82 8000474 - 10 - gedurende opslag van het. batterij pakket 80..

Cel 82 en omzetter 84 zijn elektrisch tussenverbonden door geschikte geleidende middelen, bijv. lipjes, stroken, of draden 86, 88, komende van de omzetter, gelast 5 of gesoldeerd aan de cel 82. De cel 82 is verbonden met de ingang van de omzetter 84. Een positief gedeelte van de cel 82 is verbonden door lipje 88 met de midden-aftakking 30 van de primaire wikkeling 16 van de omzet-transformator 14, getoond in fig. 3, en tevens met bus 92.

10 De smeltveiligheid 90, die in staat is om de keten te openen, wanneer de cel 82 ontlaadt in een mate boven een vastgestelde mate, kan een draadsmeltveiligheid zijn of een verdund gedeelte van het lipje 88 tussen de cel 82 en de omzetter 84, De smeltveiligheid 90 is bedoeld om te 15 smelten en daardoor het systeem te beveiligen, indien het ontladingsniveau van de cel 82 een vastgesteld punt bereikt, dat boven zijn vastgestelde ontladingssnelheid ligt.

Een dergelijke ontladingssnelheid kan worden bereikt, indien het batterijpakket 80 wordt kortgesloten.

20 Smeltveiligheid 9Q smelt door de werking van de over maat stroom, voortgebracht gedurende deze ongewenst hoge ontlading. De stroom, die gaat door de smeltveiligheid 90, verhit deze, waardoor een gedeelte van de smeltveiligheid 90 wordt gesmolten, en de keten wordt geopend tussen de 25 cel 82 en de omzetter 84. De smeltveiligheid is niet wezenlijk voor de uitvinding, maar de ontlading van veel types cel (waaronder lithium/zwavéldioxydecellen) in een te hoge mate kan deze ernstig beschadigen.

De positieve uitgang van de omzetter 84 is, zoals 30 getoond elektrisch verbonden door geschikte geleidende middelen, zoals een strook, een lipje, of een draad 94, met een uitwendig elektrisch verbindingsorgaan 96. De negatieve uitgang van de aftakking 30 is verbonden met de bus 92, die een tweede elektrisch verbindingsorgaan vormt, 35 via het negatieve gedeelte van de cel 82. In gebruik verbinden de elektrische verbindingsorganen 92 en 96 de uitgang van de omzetter 84 elektrisch met een belasting.

In de uitvoeringsvorm getoond in fig. 4 dient het positieve verbindingsorgaan 96 tevens als bovendeksel voor het 4Q hatterij'pakket 80. Het bovendeksel 96 en de bus 92 vormen 8000474 - 11 - het huis van het batterijpakket 80.

De verbindingsorganen 92, 96 zijn elektrisch van elkaar gescheiden door een isolatiering 98. De cel 82 en de omzetter 84 zijn van het batterijpakket 80 geïsoleerd en 5 worden op hun plaats gehouden binnen het batterijpakket 80 door een inpottingsonderdeel 100. Het inpottingsonderdeel 100 wordt op zijn plaats gebracht door twee inpotopeningen 102 en 104. Het inpottingsonderdeel 100 kan van was, epoxy of ander geschikt, gebruikelijk inpotmateriaal zijn, compatibel 10 met de andere onderdelen van het batterijpakket 80.

Een afstandsplaat 106 is getoond tussen de bodem van de cel 82 en de bus 92. De afstandsplaat 106 waarborgt een goed elektrisch contact tussen de cel 82 en de bus 92. Verder zorgt de afstandsplaat 106 voor een open ruimte tussen 15 de cel 82 en de bus 92 voor eventuele gassen, die zouden worden geproduceerd in het onwaarschijnlijke geval van ventilatie van de cel 82.

De verbindingsorganen 92, 96 van de uitvoering, getoond in fig. 4, zijn getoond als delen van het batterijpakkethuis. 20 Zij kunnen ook discrete aansluitingen zijn van elk type, zoals steker- en contrasteker-insnapconnectoren.

Het pakket 80 kan zijn vervaardigd in vrijwel elke grootte en vorm teneinde te voldoen aan een speciale aanpassing. Het enige vereiste is, dat er voldoende ruimte is 25 binnen het pakket 80 voor de omzetter 84 en voor een cel 82 van een voldoende capaciteit om een inrichting (niet getoond\ te kunnen voeden, die het batterijpakket 80 gebruikt. De mogelijkheid om nagenoeg elke klem te gebruiken in combinatie met de vele mogelijke grootten en vormen van 30 het batterijpakket 80, maakt het mogelijk, dat het batterij-pakket zo kan worden vervaardigd, dat het direkt verwisselbaar is met bekende batterijen.

Het batterijpakket 80, getoond in fig. 4, bevat slechts een enkele cel. Dit maakt celomkeer, hetgeen kan optreden 35 wanneer cellen zijn verbonden in serie, onmogelijk.

Celheroplading van een bron buiten het batterijpakket hetgeen een resultaat kan geven overeenkomstig aan celomkeer, kan worden geëlimineerd door een omzetterketen 84 te gebruiken, zoals getoond in de fig. 1, 2 en 3. In de ketens 40 getoond in de fig, 1 en 2 heroplading voorkomen door het 8000474 - 12 - gebruik van de diodes 36, 4Q, waarvan de gemakkelijke geleidingsweg gaat van de positieve klem van de cel 24 naar de transformator 14 en vervolgens naar de bases van de transistoren 10, 12, of 50, 52, 54, 56. Het voorkomen 5 van celomkeer, bet voorkomen van heroplading, zijn belangrijke veiligheidsfaktoren in veel batterijen, waaronder die, welke een lithiumanode hebben.

Het gebruik van slechts een enkele cel 82 levert een batterijpakket van een veel grotere betrouwbaarheid, dan 10 tot nog toe bekende multicelbatterijen. Dit vloeit voort uit het feit, dat de belastingsschakelende omzetter 84, en de meeste andere gelijkstroom-gelijkstroomomzetters, veel betrouwbaarder zijn dan bekende electrochemische cellen.

Het batterijpakket 80 van de uitvinding, dat slechts een 15 enkele cel 82 bezit en de omzetter 84, is veel betrouwbaarder dan een tweecels-batterij, en nog veel betrouwbaarder dan multicel-batterijen van 5, 10 of 1Q0 cellen.

Een batterijpakket 80, dat slechts één cel 82 bevat, zoals getoond in fig, 4 is de voorkeursuitvoering van de ..20 uitvinding. Het vermogen van de omzetter schakeling, getoond in de fig. 1, 2 en 3, om te worden gevarieerd over een breed gebied maakt een grote variatie van uitgangsspanningen van een enkele cel 82 mogelijk. Bij gebruikmaking van een lithium/zwaveldioxydecel van bekende constructie met een 25 uitgang van ongeveer 3 volt, kan een uitgang van ongeveer 6 tot ongeveer 1500 volt worden verkregen van het batterijpakket volgens de uitvinding, waarbij slechts voorkeursketenparameters worden gebruikt.

In sommige gevallen kan een multicelbatterijpakket 30 gewenst zijn (niet getoond}; Dit kan worden bereikt door de samenstellende cellen in serie te verbinden of parallel in afhankelijkheid van de ingangsspanning en stroom die vereist is. Een hoger ingangsspanning, verkregen door het gebruik van twee of meer cellen, die parallel zijn verbonden, kan 35 het rendement van de keten, getoond in de fig, 1, 2 en 3 verhogen.

De constructie en het rendement van de keten van fig. 1 van de uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

8000474 - 13 -

VOORBEELD

De keten van fig, 1 werd geconstrueerd onder gebruikmaking van twee siliciumvermogenstransistoren 10 en 12.

De transistoren 10 en 12 werden verbonden met de verzadigbare 5 transformator 14. De transformator 14 bevatte een centraal afgetakte primaire wikkeling 16 van twaalf draadwindingen en een centraal afgetakte secundaire wikkeling van 130 draadwindingen. De secundaire wikkeling 18 was in wezen afgetakt bij 26, 28 met zes wikkelingen aan elke zijde van 10 de centrale aftakking 46. De primaire wikkeling 16 en de secundaire wikkeling 18 werden gewonden op een kunststof-spoellichaam en een ferrietkern.

De gelijkstroomvermogensbron 24 was een electrochemische cel met een lithiumanode en een zwaveldioxyde-electroliet 15 en depolarisator. De cel 24 leverde 2,66 volt aan de ingang van de keten.

Twee condensatoren werden parallel-verbonden met de uitgang 32, 42 van de keten teneinde de uitgang te filteren. De condensatoren waren een 10 microfarad electrolietconden-20 sator bemeten op 35 volt en Q,1 microfarad keramische condensator, bemeten op 25 volt.

Aangesloten op een 392 ohm’s belasting trok de keten 0,955 amp. bij de 2,66 volt, voortgebracht door de cel 24.

Dit produceerde een totaal-ingangswattage van 2,54 watt.

25 De uitgang van de keten aan de belasting was 28,4 volt en 0,0705 amp., voor een totaal van 2,0 watt. Dit gaf een totaal ketenrendement van 80 %.

Bovengegeven beschrijving, voorbeelden en tekeningen zijn slechts bedoeld voor illustratie van de uitvinding.

30 Het zal duidelijk zijn dat veranderingen en modificaties in de ketens en het batterijpakket kunnen worden gemaakt zonder daardoor te treden buiten het kader van de uitvinding.

- conclusies - 8000474

Claims

1. Batterijpakket, bevattende een huis met daarin ten minste één elektrochemische cel, met bet kenmerk, dat het buis tevens een gelijkstroom-gelijkstroomomzetterketen bevat, elektrisch verbonden met 5 de cel of cellen, middelen voor het elektrisch, verbinden van de uitgang van de omzetter met een bèlasting, en middelen voor het nagenoeg voorkomen, dat er stroom loopt door de converterketen, tenzij er een belasting is verbonden met de uitgang van de belasfingketen, waardoor de cel of IQ cellen kunnen ontladen alleen dan, wanneer de belasting is bevestigd aan de omzetterketen, waarbij de omzetterketen is uitgevoerd voor het verschaffen van de uitgangsspanning aanzienlijk in overmaat van de bemeten spanning van de cel of cellen in het pakket en/of om heroplading van de 15 cel of cellen te voorkomen.

2. Batterij pakket volgens conclusie l,met bet kenmerk, dat de uitgangsspanning van de omzetterketen een vast veelvoud bedraagt van de celuitgangsspanning.

3. Batterij pakket volgens conclusie 1 of 2,. m e t 2Q bet kenmer'k, dat het ten minste één voor misbruik ontvankelijke cel bevat, en dat de omzetterketen elektrisch bet heropladen van de cel of cellen voorkomt.

4. Batterijpakket volgens conclusie 1, 2 of 3, m e t bet kenmerk, dat de gelijkstroom-gelijkstroom- 25 omzetter een omzettertransformator bevat, die een afgetakte primaire wikkeling en een veelvoudig afgetakte secundaire wikkeling met meer windingen dan de primaire wikkeling bezit.

5. Batterijpakket volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de verhouding van de secundaire wikkeling 3Q tot de primaire wikkeling van ongeveer 2:1 tot ongeveer 50:1 bedraagt.

6. Batterijpakket volgens één der voorgaande conclusies, met bet kenmerk, dat de omzetterketen ten minste 8000474 - 15 - één diode bevat, waarvan de gemakkelijke geleidingsweg loopt van een positieve elektrode van de cel naar een positief gedeelte van de middelen voor het verbinden van de omzetter, waardoor heroplading van de cel wordt voor-5 komen.

7. Batterijpakket volgens conclusie 4 of 5, m e t bet kenmerk, dat de aftakking van de primaire wikkeling elektrisch verbonden is met de positieve klem van de elektrochemische cel en met een positief gedeelte IQ van de middelen voor de elektrische verbinding van de uitgang van de omzetter, en dat er verder een oscillatieketen is, die een paar transistoren bevat, waarbij elke transistor een emittor-, een basis- en een collectorelektrode heeft, waarbij de collectorelektrodes zijn verbonden met tegenover 15 gelegen einden van de primaire wikkeling van de omzet-transformator, de basiselektrodes zijn verbonden met een afzonderlijke aftakking aan de secundaire wikkeling van de omzettransformator, en de emittorelektrodes zijn verbonden met de negatieve klem van de elektrochemische cel, 2Q alsmede een paar diodes, waarvan de anodes zijn verbonden met een negatief gedeelte van de middelen voor het elektrisch verbinden van de uitgang van de omzetter, en waarvan de kathodes zijn verbonden met tegenover gelegen uiteinden van de secundaire wikkeling van de omzettransformator, 25 terwijl de gemakkelijke geleidingswegen van de diodes lopen naar de uiteinden van de secundaire wikkeling.

8. Batterijpakket volgens conclusie 4 of 5, m e t het kenmerk, dat de aftakking van de primaire wikkeling verbonden is met een negatieve klem van de 30 elektrochemische cel en met een negatief gedeelte van de middelen voor het elektrisch verbinden van de uitgang van de omzetter, en dat er verder een oscillatorketen is met een paar transistoren, waarbij elke transistor een emittor-, een basis- en een collectorelektrode heeft, waarbij de 35 collectorelektrodes zijn verbonden aan tegenovergelegen einden van de primaire wikkeling van de omzettransformator, de basiselektrodes zijn verbonden aan afzonderlijke aftakkingen op de secundaire wikkeling van de omzettransformator, en de 8000474 - 16 - emittorelektrodes zijn verbonden met een positieve klem van de elektrochemische cel, alsmede een paar diodes, waarvan de kathodes zijn verBonden met een positief gedeelte van de middelen voor het elektrisch, verbinden van de 5 uitgang van de omzetter, en waarvan de anodes zijn verbonden met tegenovergelegen einden van de secundaire wikkeling van de omzettransformator, waarbij de gemakkelijke gelei-dingswegen de diodes zich uitstrekken naar het positieve gedeelte van de middelen voor het elektrisch verbinden van IQ de uitgang van de omzetter.

9. Batterijpakket volgens conclusie 7 of 8, m e t het kenmerk, dat elke transistor twee gekoppelde samengestelde transistoren bevat, die elk emittor-, collector- en basiselektrodes hebben, waarbij de emittor 15 van de eerste van de gekoppelde transistoren is verbonden met de basis van de tweede gekoppelde samengestelde transistor.

10. Batterijpakket volgens conclusie 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat de verhouding van de 20. primaire wikkeling tot een gedeelte van de afgetakte secundaire wikkeling, dat verbonden is met de basiselektrode zodanig is, dat een spanning, voortgebracht in het gedeelte van de afgetakte secundaire wikkeling kleiner is dan de doorslagspanning tussen basis- en emittorelektrodes van 25 de transistor.

11. Batterijpakket volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de cel een anode heeft die lithium bevat. 30

12. Batterijpakket volgens conclusie 11, m e t het kenmerk, dat de cel een kathodedepolarisator heeft, die zwaveldioxyde bevat. 8000474