DE2226332A1 - Energieversorgungsanlage mit elektrochemischen batterien - Google Patents

Energieversorgungsanlage mit elektrochemischen batterien

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DE2226332A1
DE2226332A1 DE19722226332 DE2226332A DE2226332A1 DE 2226332 A1 DE2226332 A1 DE 2226332A1 DE 19722226332 DE19722226332 DE 19722226332 DE 2226332 A DE2226332 A DE 2226332A DE 2226332 A1 DE2226332 A1 DE 2226332A1
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battery
supply system
energy supply
batteries
switch
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John C Bogue
Robert I Sarbacher
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30Deferred-action cells
    • H01M6/32Deferred-action cells activated through external addition of electrolyte or of electrolyte components
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems

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Description

  • Energieversorgungsanlage mit elektrochemischen Batterien Es gibt eine Reihe von Fällen, in denen eine in Reserve gehaltene Quelle für elektrische Energie benötigt wird, wobei die Energie im Bedarfsfall verfügbar sein muß, die Gesamthöhe der über eine lange Zeit hinweg erforderlichen L'nergie aber nicht groß ist. Gerätschaften und Linrichtungen, die eine derartige Energieversorgung erfordern, sind manchmal weit entfernt und schlecht zugänglich.
  • Dabei kann es sich beispielsweise um unterwasser-Transponder-Schallbojen handelt, die für Ortungs- und Steuerungszwecke verwendet werden. Als einzig praktikable Methode für die Energieversorgung der Transponderschaltung dieser bojen sind elektrochemische Batterien anzusehen, und daher ist die Lagerfähigkeit und/oder die Zeitspanne, während welcher eine Energiereserve verfügbar gehalten werden kann, ein wichtiger, die Nutzungsdauer solcher Einrichtungen begrenzender Faktor. Ein anderer Anwendungsbereich für eine derartige Energieversorgungsanlage sind Not beleuchtungen oder Notfallenergie für elektrische Geräte beim Ausfall des Netzstroms.
  • Die'Erfindung bezieht sich allgemein auf die Energieversorgung aus Batterien und bezieht sich insbesondere auf Energieversorgungsanlagen, bei denen die Lgcrfähigkeit vor der Inbetriebnahme praktisch unbegrenzt ist und die Energiereserve nach ihrer Aktivierung ausserordentlich lange verfügbar ist.
  • Ein Merkmal der erfindungsgemässen Anlage für die Versorgung mit elektrischer Energie ist in der Anwendung von Re serveakkunulatoren oder trockengeladenen Akkumulatoren zu sehen. Reserveelemente und trockengeladene Akkumulatoren sind an sich bekannt. Es handelt sich dabei um Batterien, die betriebsfertig zusammengebaut sind, die den Elektrolyten aber in Reserve in einem besonderen Behälter enthalten, der sich innerhalb des Batteriegehäuses befinden kann. Da unter diesen Umständen kein Verbrauch der Elektroden auftritt, ist die Lagerfähigkeit der Batterie praktisch unbegrenzt. Ist aber der Elektrolyt aus dem Reservebehälter entlassen, etwa durch mechanisches Aufstechen, durch Aufbrechen des Behälters mittels eines Sprengsatzes oder auf andere an sich bekannte eise, wird die Batterie aktiviert und ist anschliessen nur noch für begrenzte Zeit einsetzbar.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Reihe von Reserve-Primärelementen oder trockengeladenen Akkuri;ulatoren in Verbindung mit einer selektiven Aktivierungsschaltung verwendet. Wenn alle Batterien der Anlage als Reserve geschaltet sind, ist die Lagerfähigkeit der Energieversorgungsanlage praktisch unbegrenzt. Ist aber die erste-Batterie in Betrieb genommen, so ist die Dauer der wei teren Einsatzfähigkeit- der Anlage begrenzt; wegen- der selektiven oder geste-uerten aufeinanderfolgenden Aktivierung der Reihe von Batterien ist aber doch eine ausserordentlich lange Nutzungsdauer der Reserve gewShrleistet. Die gesamte Nutzungsdauer der Ene-rgie-versrgungsanlage als Reserveenergiequelle ist abhängig von den Reserve-Xennwerten der einzelnen Batterien und der Zahl der Batterien in der Reihe, sie entspricht der Sunme der Reserve-Nutzungszeiten der Einzelbatterien der Reihe.
  • Nachstehend werden verschiedene Schaltungen beschrieben.
  • Eine Schaltung spricht auf den Innendruck an, den die Elektroden in einer Batterie ausüben, wenn die Batterie entladen wird; die gleiche Schaltung kann auch für den bei der Entladung der -Batterie auftretenden Gasinnendruck empfindlich gemacht werden. Wird der Druck von den£lektroden ausgeübt, so wird ein Kolben in Bewegung -gesetzt, wenn der durch die Ausdehnung der Elektroden- ausgeübte Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt. Liegt ein Gasinnendruck vor, wirdein Kolben in Bewegung gesetzt, wenn der Gasinnendruck einen -bestiiimten Wert erreicht Auf den infolge Ausdehnung von Elektroden auftretenden Innendruck ansprechende Kolben sind ebenso an sich bekannt wie Kolben, die auf Gasinnendruck ansprechen. Nähert sich die Nutzungsdauer einer Batterie ihrem Ende, so erreicht der auf Elektrodenausdehnung zurückzuführende Innendruck oder der Gasinnendruck einen Wert, der zum Betätigen des Kolbens ausreicht. Wird ein Kolben betätigt, so aktiviert er die Schaltung, die die nächst.e Batterie anstelle der.verbrauchten einschalten soll und nimmt einen Sprengsatz oder eine andere Einrichtung in Betrieb, die den Elektrolytvorrat der neueingeschalteten Batterie freigibt. Erreicht diese Ersatzbatterje das Ende ihrer Nutzungsdauer, so wird die nächste Batterie der Reihe in Betrieb genommen und so fort, bis die e letzte Batterie in Betrieb genommen worden ist.
  • Zwei auf die Batterie Spannung ansprechende Aktivierungsschaltungen werden beschrieben. Wenn die Spannung der in Betrieb genommenn Batterie, die null die Energie für den Verbraucher lieferte unter einen bestimmten Wert sinkt, sprechen diese Schaltungen an und schliessen die nächste Batterie anstelle der verbrauchten an.
  • Ausser den Schaltungen wird ein ausschließlich mechanisch arbeitendes selektives Aktivierungssystem beschrieben, das auf den durch die Ausdehnung der Elektroden zurückzuführenden Innendruck der Batterie oder auf den Gasinnendruck der Batterie anspricht.
  • Die besonderen Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, die folgendes darstellen: Fig. 1A ein Diagramm der Beziehungen zwischen der prozentualen Entladung einer Batterie und dem vn ihren Elektroden hervorgerufenen Druck; Fig, 13 ein Diagranun der Beziehungen zwischen der prozentualen Entladung einer Batterie und der durch die Ausdehnung ihrer Elektroden verursachten Verschiebung; Fig. 2 einen Querschnitt durch das Elektrodengehäuse eines Reservebatteriebehälters mit einem Querschnitt durch einen auf den Druck der Elektrode ansprechenden Kolben; Fig. 3 eine Schemazeichnung der auf den Batterieinnendruck ansprechenden Ausführungsform der Erfindung; Fig, 4A einen Querschnitt durch einen ReservebatteriebehAlter mit dem Elektroden- und dem Elektrolytraum un einem durch Zündladung betätigten Kolben; Fig. 4B eine Draufsicht auf diese Reservebatterie mit dem Elektroden- und dem Elektrolytraum; Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine Reservebatterie und den mechanischen Aufbau der Erfindung; Fig. 6 eine Schemazeichnung für eine der spannungsemp-findlichen Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 7 ein Diagramm der Beziehung zwischen der prozentualen Entladung-einer Batterie und dem Druck des während der Entladung entwickelten Gases; Fig. 8 einen Querschnitt durch das Elektrodengehäuse eines Reservebatterjebehälters mit einem Querschnitt durch den gasdruckempfindlichen Kolben; Fig. 9 eine Schemazeichnung für die zweite spannungsempfindliche Ausf ührungs form der Erfindung.
  • Fig. 3 zeigt eine Gruppe von Batterien BlO'bis B14a Diese Batterien sind nur schematisch angedeutet, weil verschiedene Rauweisen für derartige Batterien an sich bekannt sind und die bauliche Ausführung keine Bedeutung im Rahmen der Erfindung hat. Jede dieser Batterien stellt eine elektrochemische Primäre llen-Reservebatterie oder einen trockengeladenen Akkumulator dar.
  • Eine Möglichkeit, Batterien nacheinander einzuschaltbn beruht auf der Beziehung zwischen dem Druck der inneren Elekrode in dem abgedichteten Behälter einer Batterie und dem Entladungsgrad der Batterie. Diese Beziehung ist in Fig. 1A dargestellt, wo ein allgemeiner Kurvenverlauf dieses Drucks in pounds per square inch in Abhängigkeit von dem Entladungsgrad der Batterie gezeichnet ist. Beispielsweise ist dieser Druck und diese Verlagerung in einer Magnesium/Magnesiuniperchlorat/Quecksilber-II-oxid-Zelle teilweise abhängig von der Bildung von Magnesiumhydroxid nach der folgenden, bei der Entladung ablaufenden Reaktion; Bei diesem Vorgang nehmen Gewicht und Stärke der Magnet siwnelektrode zu und führen zu einer Ausdehnung der Elektroden.
  • Ein allgemeiner Kurvenverlauf der Beziehung zwischen der Verlagerung in Tausendsteln und der prozentualen Entladung der Batterie bei konstant gehaltenem, die Elektroden zusammenhaltendem Druck ist in Fig. 1B gezeichnet.
  • Ursprünglich kann der Oberdruck in dem Batteriebehälter negativ sein, weil bei der Herstellung in dem die Platten enthaltenden Raum ein Unterdruck zum Schutz der Elektroden und zum Einsaugen des Elektrolyts herbeigeführt wurde, wobei der Elektrolyt eingesaugt wird, nachdem -der den- Elektrolyten enthaltende Behälter aufgestochen oder auf andere Weise geöffnet worden ist. Da -die. En-tladung der Batterie vom Augenblick. der Aktiv-ier.ung. an fortschreitet, steigt der durch die Ausdehnung der Elektroden erzeugte mecha- -nische Druck fortlaufend weitern bis er den in Fig. 1A angegebenen Wert P1 errei-c,ht' Druckbetätigte Kolben aufwärts gedrückt, so daß der Kolben 40 zeigt einen Kolben 40 im Zusammenhang mit einem Querschnitt durch den Batteriebehä;Lter 42 und die Anschlußpole ;52. Die-Kolbenstange 58 ist durch die Gummidichtung bX geführt die die oeffnung des B,atteriebe-hälters abschließt. Wenn der von den Elektroden auf den Kolben ausgeübte Druck zunimmt, wird der Kolben aufwärts gedrückt, so daß der Kolben 40 sich gegen den Deckel des Behälters 42 legt.
  • Die Batterie B10 kann mechanisch oder von Hand aktiviert werden, wie es durch den Stempel 61 angedeutet ist. Wird der Stempel 61 eingedrückt, so durhcstößt er den Elektrolytbehälter in dem Batterie gehäuse und entläßt dadurch den Elektrolyten in den Elektrodenraum der Batterie.
  • 1)ie übrigen Batterien B11 bis B14 werden durch das Zünden, eines elektrisch ausgelösten kleinen Sprengsatzes in dem Bdtteriegehäuse aktiviert. Jede der letztgenannten Batterien besitzt Anschlußstellen 51 zum Zünden des Sprengsatzes. Alle Batterien weisen die übliche Anschlußpole 52 auf.
  • Wenn dig Energieversorgung erstmalig in Betrieb genommen wird, verbindet man jeweils einen Pol jeder Batterie (ausgenommen die letzte Batterie E14) über einen Schalter 54 mit einer der Ausgengsklemmen 60 der Energieversorgungseinrichtung. Der andere Anschlußpol jeder Batterie wird unmittelbar an die andere Ausgangsklemme 60 der Energie versorgung angeschlossen. Vor der Inbetriebnahme ist der Innenwiderstand dieser Batterien sehr hoch und beeinflußt die Wirkungsweise der Anlage nicht.
  • Nach der ersten Inbetriebnahme hebt sich die Kolbens tange 58, wenn die Batterie B10 zu 90 bis 95 % entladen ist, so weit, daß sie den Schalter 50 schließt, wodurch der Sprengsatz der Batterie B11 gezündet wird. Sobald die Batterie B11 in Betrieb genommen ist, wird das Solenoid 53 erregt, wodurch der Schalter 54 geöffnet und die Batterie BIO der Anlage abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Schaltr 55 geöffnet, so daß das Solenoid 53 von der Batterie Bll abgeschaltet wird. Danach hält das Sicherungsteil 59 die Schalter 54 und 55 während der restlichen Betriebszeit der Energieversorgung offen, wodurch die Batterie B10 wirksam val der Anlage abgetrennt ist.
  • Die nachfolgenden Batterien in der Energieversorgung (Fig.3) werden wie oben beschrieben eingeschaltet und weitere Erklärungen dazu sind nicht erforderlich.
  • Die Fig. 4A zeigt einen Batteriebehälter 42 mit einem Raum 48 für den Elektrolyten 38 und einem Raum 41 für die Elektroden. Ein Kolben 39 befindet sich in dem Elektrolytraum. Dieser Kolben besitzt ein Kunststoffdichtung 36.
  • Der Kolben wird durch den Gasdruck in Bewegung gesetztt der erzeugt wird, wenn der Sprengsatz 49 durch Anlegen einer ausreichenJ hohen Spannung an die Anschlüsse 51 des Sprengsatzes gezündet wird, Der erzeugte Gasdruck übt einen Druck auf den Kolben 39 aus Ünd drückt den Elektrolyten nach dem Aufreissen der Membran 44 durch die Öffnung 45 in den teilweise evaku-erten Elektrodenraum 41, wodurel die Batterie in Betrieb genommen wird. Lic Trennwand 3? trennt Elektroden- und Elektrolytraum in dem Batteriegehäuse 42 voneinander. Die Elektroden sind mit 46 bezeichnet Fig. 4B stellt eine Draufsicht auf die Batterie mit dem Elektrodenraum 41, dem Elektrolytraum 48, den Sprengsatzanschlüssen 51, den Batteriepolen 52, der Gummidichtung 47 und der Kolbenstange 58 dar.
  • Die Energieversorgung kann. ohne Sprengsätze betrieben werden, wenn man eine mechanische Einrichtung, wie sie in Fig. 5 gezeichnet ist, verwendet. Wenn die Batterie 42 entladen' ist, wird die Kolbenstange 58 aufwärts gedrückt, wobei er Hebelarm 35 gegen die Kolbenstange 34 stößt, wenn das andere Ende des Hebelarms von dem Gelenk 33 gehalten wird. Der Kolben 39 tibt einen Druck auf den Elektrolyten aus, der seinerseits den Bruch der Membran 44 herbeiftihrt, wodurch er in den Plattenraum der Batterie eindringen kann.
  • Fig. 6 zeigt eine Gruppe von Batterien B1 bis B8 die wie zuvor nur schematisch dargestellt sind, weil die verschiedenen Bauweisen an sich bekannt sind und bauliche Einzelheiten im Rahmen dieser Erfindung keine Bedeutung haben.
  • Jede dieser Batterienzstellt ein elektrochemisches Primärelement als Reservebatterie dar. Die Batterie B1 kann mechanisch oder von Hand gestartet werden, wie durch den Stempel 121 angedeutet. Wird der Stempel 121 heruntergedrückt, so durchstößt er den Elektrolytbehälter in dem Batteriegehäuse, so daß der Elektrolyt in denElektrodenraum der Batterie übertreten kann. Die übrigen Reservebatterien B2 bis B8 werden durch das Zünden eines elektrisch ausgelösten kleinen Sprengsatzes im Batteriegehäuse in Betrieb genommen. Jede der letztgenannten Batterien besitzt daher mit 122 bezeichnete Klemmen für das Zünden des Sprengsatzes.
  • Alle Batterien sind mit üblichen Anschlußpolen 123 versehen.
  • Ein Anschlußpol jeder Batterie wird an einen ihm zugeordneten Anschluß ines,Drehschrittschalters 131 geführt, wobei die Batterie B1 an den Schalteranschluß 1, die Batterie A2 an den Schalteranschluß 2 usf. angeschlossen ist. Wenn, wie gezeigt, der Drehschalterkontakt 132 an den Anschluß 1 gelegt'ist, steht die Batterie in Verbindung mit demAusgangsanschluß 133 der Energieversorgungsanlage. Wäre der Kontakt 132 mit dem Anschluß 2 verbunden, so wäre die Batterie B2 an den Ausgangsanschluß angeschlossen usf. Ferner verbindet der Schalter 131 die angewählte Batterie mit einer Batterieüberwachungsschaltung und einer selektiven Aktivierungsschaltung. Insbesondere verbindet der Schalter 131 die in Betrieb genommene Batterie mit dem Voltmeter 141, dem Oszillator 151, dem Verstärker 152 und dem Multivibrator 153.
  • Angenomnen, die Batterie B1 wäre durch Eindrücken des Stempels 121 in Betrieb genommen, wobei der Schalterkontakt 132 an dem Anschluß 1 liegt, so wird Strom aus der Batterie B1 über den Ausgangsxlschluß 133 einem Verbraucher zugeführt, und gleichzeitig wird ein kleiner Anteil des Batteriestroms zum Betreiben des Multivibrators 153 benutzt. Der Ausgang des Multivibrators läßt das Relais 154 in gleicher Weise schwingen, so daß der Schalter 155 sich schnell öffnet und schließt. Beim Schliessen des Schalters 155 wird ein geringer Betrag der Ausgangsleistung der Batterie B1 dem Meßgerät 141 und der Integrationsschaitung zugeführt, die aus dem Widerstand 142 und der Kapazität' 143 besteht und dem Meßgerät parallelgeschaltet ist. Die Anzeigenadel 144 des Meßgerätes 141 steht daher praktisch unbeweglich in der gezeichneten Stellung ents"rechend den Schaltungsparametern.
  • Ein geringer Bruchteil der Leistung aus der Batterie B1 wird ferner dem Oszillator 151 zugeführt und stellt die Speisespannung für den Verstärker 152 dar. Das Voltmeter 141 ist als kapazitiver Meßschalter ausgeführt, in dem die Nadelfläche 145 und die feststehende Platte 146 die Platten eines Kondensators bilden. Dieser Meßkondensator stellt die Verbindung zwischen dem Oszillator 151 und dem Verstärker P52 dar. Wenn die Meßgerätnadel 144 die gezeichnete Stellung einnimmt, hat die Batterie eine brauchbare lAistungsab gabe, und es besteht praktisch keine Verbindung zwischen dein Oszillator 151 und dem Verstärker 152. Wenn die Nutzungs-,-dauer der Batterie B1 sich dagegen ihrem Ende näherte sinkt die Batteriespannung ab und die Nadel 144 des Meßgeräts bewegt sich in Richtung gegen den Uhrzeiger (Fig. 6), wodurch die Nadelfläche 145 sich der Platte 146 gegenüberstellt., Durch diesen Vorgang wird der Ausgang des Oszlllators 151 kapazitiv mit dem Eingang des Verstärkers 152 gekoppelt und der sich daraus ergebende Verstärkerausgangsstrom erregt das Relais 161. Das Relais 161 treibt den Schrittschalter 131 an und schaltet daher den Kontakt von dem Anschluß 1 zum Anschlup 2 weiter. Wenn dieser Schritt ausgefÜhrt ist, wird der Kondensator 162 über den Schalteranschluß 2 an die Sprengsatzanschlüsse 122 der Batterie B2 gelegt und die Ladung des Kondensators zündet den Sprengsatz, aer den Elektrolyten freigibt und dadurch die Batterie B2 in Betrieb nimmt. Damit ersetzt nun die Batterie B2 die Batterie B1 als Energiequelle für den,Verbrau,cher und die Steuerschaltung.
  • Das Meßgerät 141 kehrt schnell in die in der Zeichnung angegebene Stellung zurück, mit der die volle Leistungsfahigkeit der Batterie angezeigt und die Kopplung zwischen-Oszillator 151 und dem Verstärker 152 aufgehoben wird.
  • Allerdings steht beim Aktivieren der Batterie B2 die Nadelfläche 145 des Meßgeräts 141 der Platte 146 gegenüber, wodurch dar Oszillator 151 tzld der Verstärker 152 wiederum gekoppelt sind. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, könnte unter diea Umständen sofort das Relais 161 erregt und ein weiterer Schritt des Schalters 131 ausgelöst werden und dieser Vorgang könnte sich wiederholens bis alle Batterien aktiviert wären, ohne daß einen ihnen gebraucht worden wird. Ein derartiges Fehlverhalten der Anlage wird jedoch verstinderts indem das Element 161 als verzögert arbeitendes Relais ausgebildet wird, wodurch das Meßgert 141 in die Lage versetzt wird, den Zeiger 144 die volle Bewegung ausführen zu lassen, bevor das Relais 161 den Schalter 131 erneut weiterbewegt. Die e Anlage ist daher bei eingeschalteter Batterie B2 stabilisiert. Die Verzögerungswirkung dec Relais 161 verhindert nicht dessen vollständiges Arbeiten, wenn die Batterie das- Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht, weil während jener Betriebsphase die Nadel 144 gegenüber der Palette 146 eine so lange anhaltende Kopplungslage erreicht, wie sie erforderlich ist, um das Relais 161 vollständig schalten und den Kontakt 132 des Schalters 131 auf den nächsten Anschluß weiterführen zu lassen.
  • Die Arbeitsweise der Anlage beim Starten der nachfolgenden Batterien verlauft genau wie oben beschrieben und bedarf daher keiner nochmaligen Erläuterung.
  • Für den Fall, daß eine der Batterien B2 bis B7 nicht reagiert und daher beim Ansteuern durch den Kontakt 132 des ScEters 131 nicht aktiviert wird, beeinflußt die in dem Kondensator 162 gespeicherte Ladung weiterhin den Oszillator 151 und den Verstärker 152, so daß schlir'ß1ich der Schalter 131 an den folgenden Anschluß geführt wird. Man kann aber auch den Kontakt 132 von dem Ansclulut3 1 her durch einen Widerstand überbrücken, so daß sie Restenergie aus der Batterie B1 immer verfügbar ist, nachfolgende Batterien zu aktivieren und das Steuerungssystem zu betätigen, wenn etwa eine Batterie nicht ansprechen sollte.
  • Eine andere Methode zum Einschalten von weiteren Batterpen beruht auf der Beziehung zwischen dem Gasdruck in dem abgedichteten Behälter einer Batterie und dem Entla dungsgrad der Batterie. Diese Beziehung ist in Fig. i verdeutlicht, in der ein allgemeiner Kurvenverlauf für die Abhngigkeit dieses Drucks (in pounds per square inch) von dem Entladungsgrad der Batterie gezeigt ist. Anfänglich kann der Gasdruck der Batterie negativ sein, weil bei der Herstellung in dem PlattenraB1m ein Unterdruck zum Schutz der Elektroden und zum Einsaugen des Elektrolyten erzeugt, wurde, wobei der Elektrolyt eingesaugt wird; nachdem der den Elektrolyt enthaltende Behälter aufgestochen oder auf andere Weise geöffnet worden ist. Da die Entladung, der Batterie nach der Aktivierung beginnt, steigt der Druck fortlaufend an, bis er den in Fig. 7 mit P1 bezeichneten Wert erreicht.
  • Fig. 8 zeigt ein Gasdruckventil 24e im usammenhang mit einem Schnitt durch einen Batteriebehälter 241. Erreicht der Gasdruck in dem Behßlter einen bestimmten Wert, so reißt die Membran 242, und der Kolben 243 wird nach oben gedrückt, wobei die Kolbenstange 244 aus dem Ventil 240 nach oben geschoben wird. Gemäß Fig. 3 wird durch die Bewegung des Kolbens 243 der der betreffenden Batterie zugeordnete Schalter 50 geschlossen, wodurch die in der Reihenfolge,'nächste Batterie in beschriebener Weise in Betrieb gesetzt wird. Natürlich kann der auf den Gasdruck .ansprechende Kolben nach Fig. 8 auch mit den mechanischen Bauteilen nach Fig. 5 verwendet werden.
  • Fig. 9 zeigt die zweite spannungsem'pfindliche Ausführungsform einer auswählenden Aktivierungsvorrichtung nach der Erfindung. Auch hier ist eine Gruppe von Batterien B1 bis B5 vorgesehen. Die Batterien sind wieder nur schematisch angedeutet, weil die Bauweise derartiger Batterien an sich bekannt ist.- Jede Batterie weist Anschlupole 23 auf sowie, abgesehen von der Batterie B1, Anschlüsse 22 für den Sprengsatz. Ein Pol 23 jeder Batterie ist unmittelbar an einen der Ausgangsanschlilsse 33 gefülirt.
  • Der zweite Pol 23 der Batterie B5 ist direkt an den anderen Ausgangsanschluß 33 geführt, während die jeweils zweiten Pole der Batterien B, bis B4 mit diesem zweiten Ausgangsanschluß 33 über gesonderte Schalter 25 verbunden sind. Zusätzlich zu den gesonderten Schaltern 25 sind jeder Batterie B1 bis B4 besondere Relais 24, Schalter 26 und Dioden 27 zugeordnet und in der gezeichneten Weise zusammengeschaltet.
  • Zu beachten ist, daß in Fig. 3 alle Schalter 25 geschlossen und alle Schalter 26 geöffnet gezeichnet sind, daß aber jeder Schalter 25 geöffnet bleibt, bis die ifyi zugeordnete Batterie aktiviert wird und die Schalter 26 geöffnet bleiben, bis das einem bestimmten Schalter zugeordnete Relais erregt wird. Ausserdem handelt es sich bei den Relais 24 um eine Art von Relais, bei der die Kontakte 26 in Offenstellung eingerastet sind, bis das Relais erregt und dann entregt wird. Derartige Auskink- oder Einklink-Relais sind an sich bekannt.
  • Die Batterie B1 wird durch Eindrücken des Stempels 21 in Betrieb genommen. Wenn die Batterie B1 aktiviert wird, wird das ihr zugeordnete Relais 24 erregt und der zugeordnete Schalter 25 geschlossen, wodurch der Anschluß der Batterie an die Ausgangsanschlüsse 33 hergestellt wird. Die als Zenerdioden ausgeführten Dioden 27 sind so gewählt, daß sie eine Spannung der ihnen zugeordneten Batterie llaben, wenn die Spannung um 90 bis 95 % entladen ist. Dadurch wird die dem Relais 24 zugeführte Spannung gleich der Dif ferenz zwischen der Spannung dez»' zugeordneten Batterie und der Spannung der zugeordneten Zenerdiode 27. Daher fällt das zugeordnete Relais 24 ab, wenn die Spannung der aktivierten Batterie B1 um YO bis 95 8 abgest:mken ist, und der Schalter 26 wird geschlossen, der Schalter geöffnet, wodurch diese Batterie von den Ausgangsanschlüssen 33 getrennt wird. Wenn der Schalter 26 der Batterie B1 geschlossen wird, wird die an den Polen 23 der Batterie herrschende Spannung den Sprengsatzanschlüssen 22 der Batterie B2 zugeführt, wodurch der Sprengsatz der Batterie B2 ausgelöst und diese Batterie aktiviert wird. Wenn die Batterie B2 in Betrieb gesetzt wird, wird ihr Relais 24 erregt. Durch Erregung des Relais 2's der Batterie B2 wird der zugeordnete Schalter 25 geschlossen und diese Batterie an die Ausgangsanschlüsse 33 geschaltet. Die kitivierung der restlichen Batterien erfolgt in der gleichen Weise. Die Batterie BS ist zwar direkt an die Ausgangsanschlüsse 33 geschaltet, jedoch übt sie auf das System keine Wirkung- aus, weil ihr Innenwiderstand vor der Aktivierung sehr hoch ist.
  • Die druckempfindlichen Ausführungsformen der Erfindung sind, zwar im Zusammenhang mit Reservebatterien beschrieben worden, man kann aber auch andere Batterien verwenden; jedoch würde die Bereits chafts dauer der Energieversorgung durch die La,,gerfähigkeit der Batterien herabgesetzt werden.

Claims (16)

  1. P a t e n t a n 5 p r U c h e
    Ül. Energieversorgungsanlage mit elektrochemischen Batterien, gekennzeichnet durch eine Aufeinanderfolge einer beliebigen Anzahl von Batterien (B) durch einen Kreis zum Überwachen und Schalten von Batterien und durch eine Einrichtung, die die Batterien nacheinander in den Kreis schaltet, wobei dieser Kreis eine Einrichtung zum Überwachen von Kenndaten einer eingeschalteten Batterie aufweist sowie eine auf die Oberwachungseinrichtung ansprechende Einrichtung zum Betätigen der Einschalteinrichtung, damit diese eine andere Batterie in den Kreis einschaltet, wenn die Kenndaten einer eingeschalteten Batterie erkennen lassen, daß die eingeschaltete Batterie keine ausreichende Ausgangsspannung mehr liefert.
  2. 2. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterien Reserveelemente oder trockengeladene Batterien mit eingebauten oder angeschlossenen Elektrolyträumen (48) enthalten.
  3. 3. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalteinrichtung die ausgewählte Batterie (B) auch an die Ausgangsanschlüsse (60) der Energieversorgungsanlage anschließt.
  4. 4. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Ausdehnung der Elektroden (46) innerhalb eines Elements der Energieversorgungsanlage beeinflußter Kolben (40) oder eine Kolbenstange (8) als Kontrolle für den elektrischen Zustand einer Batterie wirkt.
  5. Sb Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalteinrichtung Relais mit sechs Anschlüssen aufweist und daß die Batterien mit diesen Anschlüssen verbunden werden.
  6. 6. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalteinrichtung Schalter mit zwei.Anschlüssen aufweist, die mit den Batterien verbunden werden, um die Inbetriebnahme nachfolgender Batterien herbeizuführen.
  7. 7. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als vorbestimmter Batteriekennwert der Innendruck dient, der durch die Ausdehnung der Elektroden über ihren normalen Betriebsdruck in der Batterie hinaus erzeugt wird.
  8. 8. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die- Kolbenstange des druckempfindlichen Kolbens das Aufstechen des Elektrolytbehälters der nachfolgenden Batterie durch unmittelbare mechanische Einwirkung herbeiführt.
  9. 9. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltkreis einen Schrittschalter (131) mit einer Anzahl Anschlüssen (1 ... 8) aufweist, und daß die Batterien (B1 ... B8) mit ihnen zugeordneten Anschlüssen verbunden sind.
  10. 10. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Kontrolleinrichtung ansprechende Einrichtung als mit dem genannten Schalter verbundenes Relais ausgeführt ist.
  11. 11. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Batteriekennwert ein Spannungswert dient, der unterhalb der normalen Betriebsspannung für diese einges-chaltete Batterie liegt.
  12. 12. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung als MeßgePat (141) ausgeführt ist.
  13. 13. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch -gekennzeichnet, daß ein druckempfindliches Ventil (240) als Kontrolleinrichtung für den elektrischen Zustand einer Batterie dient.
  14. 14. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Batteriekennwert einen Spannungswert darstellt, der unterhalb der normalen Betriebsspannung für die eingeschaltete Batterie liegt.,
  15. 15. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Batterieausgangskenngrösse der Innendruck ist, der über dem normalen Betriebsdruck der Batterie liegt.
  16. 16. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange des druckempfindlichen Ventils den Elektrolytbehälter der nachfolgenden Batterie unnittelbar ohne Benutzung einer Sprengladung aufsticht.
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