PL54129B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 12.VIII.1964 Francja Opublikowano: 20.X.1967 54129 KI. 21 c, 51/01 MKP H 02 ]fl '/ UKD [aiBLlOTE5CA| Wlasciciel patentu: Socicte des Accumulateurs et de Traction, Romaiilvil- le (Francja) lu#i^P<*»*k,w Uklad zabezpieczenia ogniw akumulatorowych elementem nieliniowym Przedmiotem wynalazku jest uklad zabezpiecze¬ nia ogniw akumulatorowych elementem nielinio¬ wym.Zastosowanie szczelnych ogniw akumulatorów, zwlaszcza w przypadku polaczenia ich w baterie akumulatorowa powoduje koniecznosc uzycia od¬ powiednio spolaryzowanych diod, sterowanych na¬ pieciem akumulatorów zbocznikowanych na stale tymi diodami, które przewodza prad zaleznie od zmiany biegunowosci w zaciskach uzytych ogniw akumulatorów. W tym celu bocznikujaca diode wlacza sie do obwodu w taki sposób, ze przeplyw pradu nastepuje od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego akumulatora. W tym ukladzie zmiana algebraicznej wartosci napiecia na zaciskach aku¬ mulatora powoduje wysterowanie obwodu wstep¬ nie przystosowanego badz na przewodzenia badz tez na prace zaporowa. Dzieki temu w zespole ochronnym akumulator — dioda zawsze nastepuje przeplyw pradu tylko w procesie rozladowania akumulatora.Dotad stan ten odnosi sie wylacznie do normal¬ nego procesu rozladowania, to znaczy do chwili kiedy akumulator zapewnia przeplyw pradu po¬ przez wszystkie ogniwa baterii, wtedy uklad za¬ bezpieczenia dostatecznie skutecznie chroni baterie akumulatorów. Natomiast w przypadku kiedy wspomniana bateria akumulatorów przestaje zasi¬ lac obwód, to znaczy w chwili kiedy nastapi jego calkowite rozladowani* dioda zmienia swój stan 10 15 20 25 30 pracy z zaporowego na przewodzenie, a tym sa¬ mym podtrzymuje dalszy przeplyw pradu przez ogniwa baterii, niezaleznie od tego czy prad prze¬ plywa przez chroniony akumulator. W tej sytuacji przynajmniej jeden z biegunów ogniwa baterii aku¬ mulatorów ma odwrócona biegunowosc, która po¬ woduje zmiane biegunowosci napiecia na zaciskach calej tej baterii.Jak z tego wynika, akumulator w wykonaniu szczelnym nie jest dostatecznie chroniony przed szkodliwym dzialaniem przemiany elektrochemicz¬ nej, bowiem w razie zmiany biegunowosci, moze nastapic jego uszkodzenie nagromadzonymi gaza¬ mi.W takim ukladzie ochrony akumulator — dioda istnieje tylko jedna mozliwosc skutecznego dzia¬ lania, a mianowicie w przypadkach zaistnienia wy¬ lacznie ujemnych .napiec na zaciskach akumula¬ tora Jedna z cech zasadniczych ukladu wedlug niniej¬ szego wynalazku polega na polepszeniu zespolu ochronnego akumulator — dioda, który to uklad wykazuje nie tylko mozliwosci zadzialania w przy¬ padkach wyzej opisanych, lecz równiez gwarantu¬ je dodatkowe zadzialanie kiedy przeplywa prad przez diode w wyniku zaistnienia okreslonej warto¬ sci dodatniego napiecia na zaciskach akumulatora.Nastepna istotna cecha ukladu wedlug niniejszego wynalazku stanowi wprowadzenie w zespole ochronnym akumulator — dioda strefy dzialania, 541293 54129 4 w czasie której praktycznie zaden prad nie prze¬ plynie przez diode, to jest w czasie pomiedzy dwo¬ ma skrajnymi zadzialaniami gdy pojawi sie ujem¬ ne .napiecie na zaciskach akumulatora, a tym sa¬ mym nastapi zadzialanie^ diody oraz gdy ustali sie okreslona wartosc dodatniego napiecia.Dalsza cecha przedmiotowego ukladu jest sposób dzialania ukladu odznaczajacy sie tym, ze wartos¬ ci napiecia powodujace uruchomienie drugiego stopnia zadzialania, który odpowiada wartosci na¬ piecia pod koniec ladowania akumulatora lub tez uprzednio ustalonej wartosci ladowania.Ponadto odrebna koncepcje niniejszego wynalaz¬ ki} stanowi zastosowanie w ukladzie co najmniej dwóch diod polaczonych w tym samym kierunku, w celu zwiekszenia dodatniej wartosci polaryzacji, która spowoduje przewodzenie diod.Uklad zabezpieczenia ogniw akumulatorowych wedlug wynalazku, który jest zblizony do ukladu przedstawionego we francuskim opisie patentowym nr 1.025.137 bedzie objasniony szczególowo na pod¬ stawie rysunku, ina którym fig. 1 uwidocznia jego schematyczne polaczenie, a fig. 2 do 4 — charakte¬ rystyki diod, które nalezy zastosowac w zespole akumulator — dioda.Zgodnie z wynalazkiem charakterystyka prado¬ wa I diody D w funkcji napiecia Y która nalezy za¬ stosowac w zespole akumulator — dioda ukladu ochronnego, powinna odpowiadac charakterystyce przedstawionej na fig. 2, przy czym charaktery¬ styka ta odpowiada diodzie tak zwanej „jednotu- nelowej" i zawiera trzy odcinki proste.Na odcinku A B, gdzie A oznacza elektrode do¬ datnia, a B elektrode ujemna, dioda D jest prze¬ wodzaca w przypadku ujemnych polaryzacji to zna¬ czy wtedy, gdy na zaciskach akumulatora pojawia sie napiecie ujemne. Taka dioda D ma wylaczne zastosowanie do ogniwa w przypadku stalego pola¬ czenia ogniwa akumulatora z ta dioda.Na odcinku B C, gdzie C oznacza szczelne zam¬ kniecie akumulatora, na przyklad zaworowe, dio¬ da D jest w stanie zaporowym wzglednie przewo¬ dzi prad w sposób pomijalny. W ukladzie tym uni¬ ka sie samorozladowania skojarzonego ogniwa aku¬ mulatora z bocznikujaca dioda D w procesie jego rozladowania lub w stanie spoczynkowym.Na odcinku C, D dioda ponownie staje sie prze¬ wodzaca w zaleznosci od okreslonej dodatniej po¬ laryzacji. Dzieki wspomnianemu ukladowi eliminu¬ je sie szkodliwe dzialanie pradu w czasie konco¬ wego ladowania lub w czasie jego rozladowania.Podane teoretycznie odcinki charakterystyki A, B, C, D, moga byc uzyskane tylko w przyblizeniu i to dzieki zastosowaniu stosownych diod. W dio¬ dach tych charakterystyka B C odpowiada strefie zaporowej i otrzymywana jest z polaczenia dwóch odcinków, a mianowicie z odcinka A B oraz odcin¬ ka C, D, które w rzeczywistosci nie lacza sie we¬ dlug prostej linii. Rzeczywista charakterystyka otrzymywana w praktyce jest przedstawiona na fig. 3, na której wyróznione sa trzy jej czesci, a mianowicie odcinek A B, w którym zdecydowa¬ nie dioda jest przewodzaca dla ujemnych pola¬ ryzacji, odcinek C D, który praktycznie stanowi czesc linii prostej odwzorowujacy przewodzenie diody zaczynajac od okreslonej polaryzacji VG otrzymanej z przeciecia odcinka prostej C D 2* osia napiec w punkcie Ca, oraz czesc charakterystyki . B S T, w którym dioda slabo przewodzi przy mi- 5 nimalnej wartosci dodatniej polaryzacji, mniejszej od napiecia V0.Nalezy podkreslic, ze przedluzony odcinek cha¬ rakterystyki C D, przecina os napiecia V w punk¬ cie C0, którego miejsce zalezne jest wylacznie od zasadniczego skladnika zlacza1 diody D. W punkcie C0, wartosc napiecia jest rzedu 0,7 volta dla diod krzemowych lub 0,5 volta dla diody germanowej.Natomiast odcinek A B charakterystyki moze miec mniejsze lub wieksze nachylenie w zaleznos¬ ci od dostrojenia ukladu. Im wieksza bedzie bez¬ wzgledna wartosc tego nachylenia, tym wartosc napiecia V jest mniejsza dla natezenia pradu I w amperach, które zlacze ma zapewnic dla zada¬ nej wielkosci. Z drugiej strony, zachodzi taka za¬ leznosc, ze im mniejsze bedzie nachylenie charakte¬ rystyki A B (w wartosciach bezwzglednych) tym bardziej plaska jest czesc charaktrystyki B T.W konsekwencji powyzszych wywodów nalezy stwierdzic, ze w celu uzyskania malej wartosci pra¬ du uplywu, nalezy dobrac element posiadajacy jak najmniejsze nachylenie prostej A B. Natomiast dla okreslonej wartosci natezenia pradu potrzebna jest wieksza wartosc polaryzacji ujemnej.W wyniku tego, stosownie do potrzeb istnieje wybór pomiedzy efektem najwiekszego odwróce¬ nia biegunowosci pradu przy minimalnej polaryza¬ cji, badz tez moze okazac sie korzystniejsze uzys¬ kanie najmniejszej wartosci pradu uplywowego.Fig. 4 przedstawia charakterystyki róznych moz¬ liwosci wykonania diody, które sa pomocne w wy¬ borze najtrafniejszego rozwiazania, przy czym uwidocznione sa tam dwie rózne charakterystyki AjB S^CD oraz A2BS2TCD, które praktycznie nie wiele sie róznia miedzy soba za wyjatkiem odcin¬ ka charakterystyki A B, która moze byc zmienna.Charakterystyka odcinka C D praiktycznie pozo¬ stanie niezmieniona.Jezeli istnieje koniecznosc uzyskania charakte¬ rystyki posiadajacej szczyt S bardzo plaski, to od¬ cinek A B musi byc bardziej nachylony w stosun¬ ku do wspólosiowej pradu I. Natomiast w przy¬ padku koniecznosci uzyskania odcinka A B bar¬ dziej stromego, nalezy uwzglednic, ze odciete beda mialy wyzsze szczyty.Krzywizna AiBSiCD charakterystyki jest najko¬ rzystniejsza dla przeplywu pradu w diodzie przy ujemnej i jak najmniejszej polaryzacji, natomiast w przypadku kiedy stawiane sa wymagania aby uzyskac najmniejsze prady uplywu w czasie spo¬ czynku lub dla pierwszej czesci ladowania akumu¬ latora jest wskazane wybranie krzywej A2BS2CD.Mozna równiez oddzialywac na nachylenie pro¬ stej A B uzywajac odpowiednio dobrane diody w celu uzyskania korzystniejszego ujemnego napie¬ cia polaryzacji uwzgledniajac wartosc natezenia pradu przeplywajacego przez zlacze diody.W tym celu najkorzystniejszym jest zastosowa¬ nie diody duzej mocy, które pozwola na przeplyw znacznych pradów. Nalezy ponadto zwrócic uwage 20 25 30 35 40 45 50 55 6054129 na charakterystyke diody, której czesc B S C jest bardzo plaska w celu zredukowaia pradów uply¬ wowych, wystepujacych w czesci szczytu S. Mak¬ symalna wartosc tych pradów uplywowych okreslo¬ na wspólrzedna S dotyczy praktycznie tylko roz¬ ladowanych ogniw akumulatorów, w których na¬ piecie jest nizsze od jednego volta. Zanim sie jed¬ nak osiagnie to napiecie trzeba przejsc przez strefe charakterystyki okreslona punktem T, którego od¬ cieta jest równa praktycznie zero. Punkt T blokuje dzieki temu prady uplywowe, które moga powstac niezalezrie od tego, ze ogniwo akumulatora jest zbocz ikowane dioda. Wtedy najkorzystniejszym jest aby strefa dzialania punktu T odpowiadala wartosci napiecia otwartego obwodu jakie wyka¬ zuje ogniwo, gdy znajduje sie w stanie naladowa¬ nia. ' Jezeli akumulator jest rozladowany, to znaczy wtedy, kiedy napiecie na jego zaciskach jest nizsze od napiecia odpowiadajacego punktowi T, to istnie¬ nie pradu uplywu okreslonego, na przyklad odcie¬ ta punktu S, nie ma juz znaczerria praktycznego, gdyz akumulator jest rozladowany.Moz^a w ramach niniejszego wynalazku stoso¬ wac albo zmiane nachylenia odcinka A B albo wy¬ bierajac rodzaj diody, szeregowac grupowo kilka diod.Uklad zabezpieczenia ogniw akumulatorowych wedlug niniejszego wynalazku wykazuje rózne mozliwosci zastosowania niezaleznie od tego czy jest to akumulator otwarty czy szczelny, z elektro¬ litem kwasowym lub zasadowym.Uklad ten znajduje zastosowanie kazdorazowo w tych przypadkach, kiedy istnieje potrzeba ochro¬ ny akumulatora przed szkodliwym dzialaniem zmiany biegunowosci lub przeciazenia, poniewaz moga spowodowac nieodwracalne zmiany w stanie jego masy aktywnej. Gdy zjawisku temu towarzy¬ szy intensywne wydzielanie sie gazów, moga one równiez spowodowac przerwy w polaczeniach prze¬ wodzacych masy aktywnej.Przypadek ten dotyczy np. akumulatorów olowio¬ wych, których trwalosc jest zalezna szczególnie od procesów wynikajacych z przeciazenia lub zmiany biegunowosci. Znanym jest, ze akumulator olowio¬ wy nie jest przystosowany do zmiany biegunowos¬ ci, poniewaz zachodzi wtedy przemiana dodatniej materii aktywnej na ujemna materie aktywna i na odwrót. Przeciazenie takiego akumulatora olowio¬ wego jest równiez szkodliwe.Przeciazenie wystepuje praktycznie wtedy, gdy akumulator uzyska napiecie 2,4 volta.Wystarczy wiec przewidziec cztery diody pola¬ czone szeregowo, z których dwie diody beda krze¬ mowe (2 X 0,7 = 1,4 tvolta) a dwie diody beda germanowe (2 X 0,5 =1,0 volt). W sumie uzyskuje sie napiecie polaryzacyjne wynoszace 2,4 V, w wy¬ niku czego zespól tych czterech diod bedzie prze¬ wodzacy przy ladowaniu.Wybierac nalezy wiec diody, których czesc — A B charakterystyki reprezentowana bedzie odcie¬ niem prostej o duzym nachyleniu.Znanym jest równiez, ze akumulatory srebro — cynowe nie moga byc takze poddawane zmianie biegunowosci, a przy tym sa wrazliwe na przecia¬ zenie. Koncowa wartosc napiecia ladowania wy¬ nosi 2,1 volta. W tym przypadku nalezy zastoso- 5 wac trzy diody krzemowe polaczone szeregowo (3 X 0,7 = 2,1 volt) przy czym dobór ich powi¬ nien byc taki aby odcinek A B charakterystyki po¬ wodowal zadzialanie ukladu stosownie do zmiany biegu owosci dla wartosci napiecia z góry ustalo- io nej.Dla akumulatorów kadmowo — niklowych z gru¬ bymi elektrodami, których koncowe napiecia la¬ dowania wynosi okolo 1,7 volta, nalezy zestawic Szeregowo trzy diody w tym jedna krzemowa (1 X 15 X 0,7 V) oraz dwie diody germanowe (2 X 0,5 V).'Natomiast dla akumulatorów kadmowo — niklo¬ wych z cienkimi elektrodami, zaopatrzonych zwlasz¬ cza w cienkie przekladki z proszku spiekanego, na¬ lezy zastosowac dwie diody krzemowe (2 X 0,7 = 20 = M V).Powyzsze rozwiazania ukladu zabezpieczenia chronia akumulatory zarówno z elektrolitem kwas¬ nym jak i zasadowym, od szkodliwego dzialania zmiany biegunowosci lub przeciazenia. 25 Zakres zastepowania ukladu wedlug wynalazku nie ogranicza sie tylko do przytoczonych powyzej przykladów lecz obejmuja równiez dziedzine aku¬ mulatorów szczelnych. Mozna na przyklad wyko¬ rzystac wyzej wymienione diody do wylaczania 30 pradu ladowania z chwila, gdy moze powstac nie¬ bezpieczenstwo nadmiernego cisnienia w szczel¬ nym akumulatorze wskutek jego przeciazenia lub zmiany biegunowosci.Niniejszy wynalazek nie ogranicza sie do przy- OB toczonych przykladów zastosowania diod, lecz obej- muje on równiez diody innego typu, które gwaran¬ towalyby zadiane napiecie polaryzacji. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe o 1. Uklad zabezpieczenia ogniw akumulatorowych elementem nieliniowym, polaczonych w baterie akumulatorowa, chroniacy te ogniwa przed prze¬ ciazeniem lub zmiana biegunowosci, znamienny tym, ze element nieliniowy stanowi taka dioda przylaczona do zacisków chronionego ogniwa, która przepuszcza znaczny prad w przypadku wystepowania ujemnego lub dodatniego napiecia przekraczajacego wartosc progu "napieciowego zlacza diody oraz pomijalny prad dla napiecia 50 zawartego pomiedzy zero i wyzej wymieniona wartoscia progu napieciowego.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ele¬ mentem nieliniowym jest dioda typu „jednotu- nelowa*'. 55

3. Uklad wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze ele- meint nieliniowy stanowi zespól kilku diod „je- dnotunelowych" polaczonych w szereg.

4. Uklad wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze ze¬ spól kilku diod „jednotunelowych,,, jest dobrany 60 z róznych pólprzewodników w taki sposób aby uzyskac próg ich napiecia o wartosci z góry okreslonej stosownie do rodzaju chronionego ogniwa.KI. 21 c, 51/01 54129 MKP H 02 p rW 4l iPtk J^Z. B FIG 1 I B FIG. 2 AKI. 21 c, 51/01 54129 MKP H 02 p FIG. 3 FIG. 4 PL