DE2716862A1

DE2716862A1 - Speisequellen-einheit

Info

Publication number: DE2716862A1
Application number: DE19772716862
Authority: DE
Inventors: Kogiro Komatsu; Kenichi Mabuchi
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1976-04-19
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE2716862B2; JPS52126731A; US4112201A; DE2716862C3

Description

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1''ABUCHI HDTOR CO. LTD.. Tokyo. Japan

Speisequellen-Einheit

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Die {Erfindung betrifft eine Speisequellen-Einheit, die eine Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Batterien mit einem niederen Innenwiderstand in Serienschaltung enthält, wobei der in den Batterien fließende elektrische Strom automatisch begrenzt wird, wenn die Temperatur der Batterien der Einheit steigt.

In letzter Zeit wurde eine Speisequellen-Einheit entwickelt, die eine Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Batterien mit kleinem Innenwiderstand, z. B. Nickel-Cadmium-Batterien enthält, die in Serie geschaltet und angeordnet sind und in Isoliermaterialien gehalten werden und eine einheitliche Batterieanordnung darstellen. Die Speisequellen-Einheit besitzt einen kleinen Innenwiderstand und läßt sich im Vergleich zu ihrem kleinen Volumen mit einem hohen Ladestrom aufladen und mit einem hohen Entladestrom entladen. Ferner kann die Speisequellen-Einheit normalerweise in einigen Minuten aufgeladen werden. Diese Vorteile kommen bei verschiedenen elektrisch betriebenen Spielzeugen, so z. B. bei funkgesteuerten Flugzaugen, voll zum Tragen.

Beim Aufladen oder Entladen der Speisequellen-Einheit kann manchmal ein extrem hoher Strom in der Speisequellen-Einheit fließen. In einem derartigen Fall nimmt die Temperatur der Batterien unerwünscht zu, und damit wird auch der innere Druck der Batterien erhöht. Um diesem Problem zu begegnen, wurden verschiedene Maßnahmen, z. B. ein Sicherheitsventil, vorgeschlagen, um eine Zunahme des inneren Drucks der Batterien zu vermeiden. Bei Verwendung eines Sicherheitsventils wird jedoch das in den Batterien enthaltene Gas nach außen freigegeben, wenn das Sicherheitsventil betätigt wird, was eine Verschlechterung der Betriebs-

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e Lt<;nn5'>cb:if ten des J-attorien oder eine Verringerung der Lebensdauer der Batterien zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Speisequellen-Einheit anzugeben, die die oben angegebenen Nachteile vermeidet. Bei der Speisaquellen-Einheit soll es möglich sein, daß ein extrem großer Lade- oder Entladestrom ohne Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Batterien und ohne eine Verringerung der Lebensdauer der Batterien fließt.

Die erfindungsgemäßs Speisequellen-Einheit soll in der Lage sein, wenn die Temperatur der Batterien auf einen vorgegebenen Wert zunimmt, ein Anwachsen des inneren Drucks der Batterien aufgrund des Temperaturanstiegs durch Begrenzung eines in den Batterien fließenden elektrischen Stromes zu steuern.

Im folgenden v/erden Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Speisequellen-Einheit nach der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Speisequellen-Einheit, wobei ein Teil der Einheit weggebrochen ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils einer erfindungsgemäßen Speisequellen-Einheit, wobei der Deckel der Einheit abgenommen ist; und

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Hauptteils.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine schnell aufladbare und entladbare Batterie mit kleinem Innen-

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V/'enn die Mickel-Cadmium-Batterien 1 aufgeladen werden, fließt ein Ladestrom vom (+)-Anschluß zum (-)-Anschluß über eine Batteriegruppe a, den auf V/ärme ansprechenden Schalter 9 und eine Batteriegruppe b. V/enn die Temperatur der Batterien 1 aufgrund eines äußerst großen Ladestroms auf einen vorgegebenen V/ert zunimmt, öffnet der auf V/ärme ansprechende Schalter 9 seinen Kontakt und unterbricht den Ladestrom. Als Ergebnis nimmt die Temperatur der Batterien 1 ab, und wenn die Temperatur unter den vorgegebenen Wert fällt, wird der auf V/ärme ansprechende Schalter 9 wieder eingeschaltet, so daß das Aufladen wieder beginnt. V/erden dagegen die Nickel-Cadmium-Batterien 1 entladen, so fließt der Entladestrora vom (-)-Anschluß über die Batteriengruppe b, die Diode 10 oder den auf Wärme ansprechenden Schalter 9» die Batteriengruppe a und den (+)-Anschluß an eine äußere Last. Wenn die Temperatur der Batterien 1 so zunimmt, daß sie aufgrund eines äußerst großen Entladestroms einen vorgegebenen v/ert erreicht, öffnet der auf Wärme ansprechende Schalter 9 seine Kontakte. Der Entladestrora fließt jedoch weiterhin über die Diode 10, selbst wenn der auf Wärme ansprechende Schalter 9 geöffnet ist. Der Entladestrom wird nach dem Öffnen des auf Wärme ansprechenden

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Schalters 9 auf einem gev/issen Wert gehalten, obwohl er durch den ',Widerstand dor Diode 10 leicht verringert ist. Dicker verkleinerte Strom wird zum Beispiel als Schutzstrom zur Betätigung einer Schutzanordnung in der Last (nicht dargestellt) verwendet. Wird zum Beispiel die erfindungsgeinäße Speisequallen-Einheit als eine Speisequelle für ein funkgesteuertes Modellflugzeug eingesetzt, das durch einen elektrischen Motor angetrieben wird, so reicht der genannte Schutzstrom zum Betreiben der Funksteuerein heit (nicht dargestellt) aus, obwohl dieser Schutzstrora zum Antreiben des elektrischen Motors nicht ausreichend ist. Selbst wenn daher der auf Wärme ansprechende Schalter 9 geöffnet ist und dem elektrischen Motor nicht genügend Strom zur Verfügung gestellt wird, wird die Funksteuerung mittels des genannten Schutzstromes betrieben, um das Modellflugzeug sicher zurückzuführen.

Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Speisequellen-Einheit. Die Bezugszeichen 1, 9» 10, a und b ent sprechen den entsprechenden Bezugszeichen der Figur 1.

In den Figuren 2, 3 und 4 enthalten zwei Batterienreihen (a und b) eine Vielzahl von Nickel-Cadraium-Batterien, die in Serie geschaltet sind und von einem isolierenden Teiler 6 voneinander getrennt sind. Ein isolierender Kunststoffdeckel 7 bedeckt eine äußere Oberfläche der Batterienreihen a und b und nimmt die Batterienreihen a und b und einen auf Wärme ansprechenden Schalter 9 auf, der einen weiter unten beschriebenen Aufbau zur Ausbildung einer einheitlichen Einheit besitzt. Wie in Figur 2 dargestellt ist, ist das Stirnende der Batteriereihen a und b mit einer isolierenden Frontplatte 2 bedeckt. In der Froritplatte 2 sind Steckeröffnungen 3 und 4 vorgesehen, und an der Innenseite der Frontplatte 2 befindet sich eine Anschlußfassung 5. Die Anschlußfassung 5 ist mit einem Ende einer Batterie mittels Verbindungseinrichtungen ( nicht darge-

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stellt) verbunden. Wenn ein Stecker (nicht dargestellt) in die Steckeröffnungen 3 und 4 eingeführt wird, liefert der Stecker einen Kontakt mit der Anschlußfassung 5 und ermöglicht über den Stecker und die Anschlußfassung die Aufladung oder Entladung. An der Endfläche der Batteriereihen a und b, die der Frontplatte 2 entgegengesetzt ist, ist der auf V/ärme ansprechende Schalter 9 und die Diode vorgesehen, die mit einem isolierenden rückseitigen Deckelgehäuse 8 bedeckt sind, wie in Figur 4 dargestellt ist (in Figur 4 ist die Diode 10 der besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung halber weggelassen).

Der auf V/ärme ansprechende Schalter 6 enthält ein elektrisch leitendes Grundteil 9A, ein isolierendes Teil 9B, eine wärmeempfindliche Platte 9C, eine elastische und elektrisch leitende Schalter-Betätigungsplatte 9D, einen Kontakt 9E, eine Halteplatte 9F an der (-)-Seite und eine Halteplatte 9G an der (+)-Seite. Die Halteplatte 9F an der (-)-Seite und die Halteplatte 9G an der (+)-Seite bestehen aus einer Metallplatte, die eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen kleinen elektrischen Widerstand besitzt. Die Halteplatte 9G an der (+)-Seite ist mit dem (+)-Anschlußteil 1B der Batterien 1 verbunden, das am linken Ende der Batteriereihe b in Figur 1 angeordnet ist, wobei diese Halteplatte 9G zur gleichen Zeit durch das Isolierteil 9B hindurchläuft und sich in Kontakt mit dem Kontakt 9E befindet. Auf der anderen Seite ist die Halteplatte 9F an der (-)-Seite mit dem (-)-Anschlußteil 1A der Batterien 1 verbunden, das an der linken Seite der Batterienreihe b in Figur 1 angeordnet ist. Das Grundteil 9A ist an der Halteplatte 9F an der (-)-Seite befestigt. Ein Ende der Schalter-Betätigungsplatte 9D ist mit einem Kontakt 9E versehen, v/obei das andere Ende der Schalter-Betätigungsplatte 9D am Grundteil 9A befestigt ist, und wobei der Zwischenteil der Schalter-Betätigungsplatte 9D

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mit einer Ausnehmung 9H versehen ist, die sich in Richtung auf das Grundteil 9A erstreckt. Die Wärmeempfindliche Platte 9C sitzt zvn.sch.en dem Grundteil 9A und der Ausnehmung 9H der Schalter-Betätigungsplatte 9D. Die Wärmeempfindliche Platte 9C ist so angeordnet, daß sie die Schalter-Betätigungsplatte 9D in der in Figur 4 dargestellten Stellung hält, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 9E und der Halteplatte 9D auf der (+)-Seite aufrechtzuerhalten, wenn die Temperatur der Batterien 1 sich unter einem vorgegebenen Wert befindet; wenn die Temperatur der Batterien 1 über den vorgegebenen Wert ansteigt, wird die wärmeempfindliche Platte 9C durch Wärme verformt und drückt die Ausnehmung 9H der Schalter-Betätigungsplatte 9D nach oben, wobei der Kontakt zwischen dem Kontakt 9E und der Halteplatte 9G der (+)-Seite freigegeben oder geöffnet wird. Der auf Wärme ansprechende Schalter 9 ist also derart ausgebildet, daß ein elektrischer Pfad von der Halteplatte 9G (+)-Seite zur Halteplatte 9F der (-)-Seite über den Kontakt 9E, die Schalter-Betätigungsplatte 9D und das Grundteil 9A ausgebildet ist. Die Diode 10 ist in einer solchen Weise angeschlossen, vergl. Figur 3, daß ihr Anodenanschluß mit der Halteplatte 9G der (+)-Seite, und ihr Kathodenanschluß mit der Halteplatte 9F der(-)-Seite verbunden ist.

Wenn die Temperatur irgendeiner der Batterien der Batterienreihe a oder b ansteigt, wird die in den Batterien 1 erzeugte Wärme sofort entweder durch die Halteplatte 9G der (+)-Seite oder die Halteplatte 9F der (-)-Seite zur wärmeempfindlichen Platte 9 C übertragen. Wenn die Temperatur der Batterien 1 weiter zunimmt, überschreitet die Temperatur der wärmeempfindlichen Platte 9C einen vorgegebenen Wert, die Schalter-Betätigungsplatte 9D wird aufgrund der Verformung der wärmeempfindlichen Platte 9C wie beschrieben nach oben gedrückt, und der Kontakt 9E löst den Kontakt mit der Halteplatte 9D der (+)-Seite. D.h.,

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der auf "iärme ansprechende Schalter 9 ist ausgeschaltet. Wenn der auf Wärme ansprechende Schalter 9 auf diese Weise ausgeschaltet ist, wird während der Aufladung der Speisequellen-Einheit ein Ladestrom vollständig unterbrochen. In ähnlicher V/eise wird ein Entladestrom unterbrochen, wobei der Schutzstrom über die Diode 10 während einer Entladezeit der Speisequellen-Einheit fließt. Und wenn die Temperatur der wärmeempfindlichen Platte 9C aufgrund eines Temperaturabfalls in den Batterien 1 den vorgegebenen Wert unterschreitet, kehrt die Schalter-Betätigungsplatte 9D in den in Figur 4 dargestellten Zustand zurück, und der Kontakt 9E befindet sich erneut in Kontakt mit der Halteplatte 9G der (+)-Seite. D.h. der auf Wärme ansprechende Schalter 9 ist wieder eingeschaltet.

Wie schon beschrieben, läßt sich die Speisequellen-Einheit nach der Erfindung schnell mit einem hohen Strom aufladen oder entladen. Wenn äußerst große Ströme in den Batterien fließen, die eine Erhöhung der Temperatur der Batterien 1 verursachen, wird der Lade- oder Entladestrom automatisch begrenzt, und liefert eine Abnahme der Temperatur in den Batterien 1, so daß auf diese Weise eine Störung der Batterien, eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Batterien, und ein Verringerung der Lebensdauer der Batterien aufgrund von Temperaturanstieg vermieden werden kann.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Batterien 1, die isolierende Frontplatte 2, die Anschlußfassung 5, der Teiler 6, das rückseitige Deckelgehäuse 8, der auf Wärme ansprechende Schalter9 und die Diode 10 mit einem isolierenden Kunststoffüberzug 7 bedeckt sind, der zum Beispiel als thermisch schrumpfbarer Kunststoffüberzug ausgebildet ist und eine einheitliche Einheit erzeugt, kann in den Batterien 1 kein unerwünschter Kurzschluß auftreten. Der Überzug 7 arbeitet zufriedenstellend, wenn er

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Gemäß der geschild'irton Ausiührun^r-forrn lie^t lediglich die Diodo 10 parallel ^u dem auf V/ärme ansprechenden Schalter 9» es läßt sich jedoch in Serie zur Diode 10 auch ein Widerstand vorsehen. Anstelle des mechanisch verwirklichten auf V,^rärra3 ansprechenden Schalters läßt sich auch ein elektronischer, auf Wärme ansprechender Schalter einsetzen. Es ist ferner möglich, andere Typen von Schaltungselementen zu. verwenden, deren Vorv/ärtsstrom/Sparnungscharakteristik und Rückwärtsstrom/Spannunftscharakteristik unterschiedlich sind.

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Claims

PatentansOrüche

J Speisequellen-Einheit, die Batterienreihen aus einer Vielzahl schnell aufladbarer und entladbarer Batterien mit einem niederen Innenwiderstand enthält, die in Serie zueinander liegen und in parallelen Reihen mit Teilern zwischen den Reihen angeordnet und in einer Einheit aufgebaut und verpackt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequellen-Einheit eine auf Wärme ansprechende Einrichtung (#1) zur Begrenzung eines durch die Batterien fließenden elektrischen Stromes enthält und daß sich der Zustand der auf Wärme ansprechenden Einrichtung (ftf) ändert, wenn die Temperatur in den Batterien (1) der Speisequellen-Einheit erhöht hat.
2.) SpGisequellen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (f^1) direkt mit aera Batteriekreis verbunden ist.
3) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (φ) ein auf Wärme ansprechendes Schaltelement (9) enthält.
4) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Wärme ansprechende Schaltelement als auf Wärme ansprechender Schalter (9) ausgebildet ist.
5) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Wärrn.e ansprechende Schalter (9) eine elektrisch leitende Halteplatte (9G) der (+)-Seite mit oiner hohen thermischen Leitfähigkeit enthält, die ara

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(+)-Anschluß einer Batterie angeordnet ist, und eine elektrisch leitende Halteplatte (9F) der (-)-Seite enthält, die eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt und mit dem (-)-Anschluß einer an die Batterie angrenzende Batterie verbunden ist, daß eine Schalter-Betätigungsplatte (9D) zwischen der Halteplatte (9F) der (+)-Seite und der Halteplatte (9G) der (-)-Seite zur direkten Steuerung einer ohmschen Verbindung zwischen den Halteplatten (9F, 9G) vorgesehen ist, daß eine wärmeempfindliche Platte (9C) vorgesehen ist, die durch Temperaturänderung verformt wird, um die Schalter-Betätigungsplatte (9D) zu betätigen und zu steuern, und daß die Schalter-Betätigungsplatte (9D) betätigt wird und eine ohmsche Verbindung zwischen den Halteplatten (9F, 9G) unterbricht, wenn die Temperatur in den Batterien (1) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
6) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung Cjfi) ein auf Wärme ansprechendes Schaltelement (9) und ein nichtlineares Schaltungselement (10) enthält, daß das nichtlineare Schaltungselement (10) parallel zu dem auf Wärme ansprechenden Schaltelement (9) angeschlossen ist, wobei die Vorwärtsstroin/Spannungscharakteristik und die Rückwärtsstrom/Spannungscharakteristik des nichtlinearen Elements (10) voneinander verschieden sind.
7) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Schaltungselement (10) als Diode ausgebildet ist, deren Anodenanschluß mit dem (+)-Anschlußteil einer Batterie verbunden ist, und deren Kathodenanschluß mit dem (-)-Anschlußteil einer an die genannte Batterie angrenzenden weiteren Batterie verbunden ist.

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8) Speisequellen-Einhait nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Einrichtung (^tH) mit einem isolierenden Deckelgehäuse (8) bedeckt ist.
9) Speisequellen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Batterien (1) und die auf Wärme ansprechende Einrichtung ( #1) mit einem isolierenden Kunststoffüberzug bedeckt ist und eine einheitliche Einheit darstellt.

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