專利名稱：地下開采用的安全自控式電池供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在地下開采和在其他有爆炸或礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域中用于電氣設(shè)備的安全自控式電池供電裝置，包括至少一個(gè)裝在電池盒內(nèi)可充電的蓄電池。
背景技術(shù)：
在地下開采和在其他有爆炸或礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域，要求獨(dú)立于饋電網(wǎng)供給電氣設(shè)備足夠的安全自控的電壓。例如在地下開采時(shí)，在撤柱控制器中，在遙控器中，為在難以接近的部位的測(cè)量?jī)x，以及為另一些電氣設(shè)備，使用可充電的電池供電裝置，它們采用鎳鎘蓄電池(NiCd電池)。鎳鎘蓄電池有小的充電容量和不良的再充電性能，因?yàn)槿鬘iCd蓄電池在重新充電前沒有完全放電，由于所謂的“記憶效應(yīng)”調(diào)整為一個(gè)減小的可使用的充電容量。基于NiCd蓄電池小的充電容量，所以在地下開采時(shí)需要大數(shù)量的備用蓄電池，它們必須首先帶到井下，然后在那里中間儲(chǔ)存。NiCd蓄電池的再充電只能在井下進(jìn)行，因?yàn)槌浜秒娀蚍烹姷男铍姵氐倪\(yùn)輸同樣帶來物流問題。
在地下開采時(shí)只允許使用這些電源，即它們?cè)试S在有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)使用和符合適用于使用區(qū)的防爆類型規(guī)定(Zündschutzartbestimmung)(例如ATEX、IEC、Eex等)。在這里，每一種驗(yàn)收試驗(yàn)均與昂貴的費(fèi)用相聯(lián)系。因此，出自于成本的原因幾乎不可能為了在有爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域中使用允許重復(fù)地更新已改變的蓄電池。
因此在地下開采時(shí)經(jīng)常使用那些安全自控的電池供電裝置，它們?cè)诩夹g(shù)上并不符合最新的標(biāo)準(zhǔn)以及其基本結(jié)構(gòu)公開在1980年的DE3050751C2中。這些電池供電裝置包括裝在一電池盒內(nèi)的NiCd蓄電池以及一個(gè)非安全自控的電子裝置，它通過澆注硅酮橡膠埋在電子裝置盒內(nèi)，在這里這兩個(gè)盒一起裝在一個(gè)外殼內(nèi)。與之不同，蓄電池同樣也可以與一個(gè)必要的保護(hù)電路澆注在一起，以滿足適用于許可證的防爆類型。這種電池供電裝置的修理，尤其是更換此類電池供電裝置中的蓄電池用認(rèn)為合理的費(fèi)用是不可能的。
在地下開采之外，尤其在通信工業(yè)和維修工業(yè)的領(lǐng)域內(nèi)，越來越多地用鋰蓄電池代替早先使用的含鉛電池和NiCd蓄電池。因此存在著基本的愿望，使鋰蓄電池也能應(yīng)用于例如可由DE69518147T2得知的其他技術(shù)領(lǐng)域，這涉及可充電的含水的鋰-氫離子電池。當(dāng)然，在鋰蓄電池中存在著蓄電池有爆炸可能的安全性問題，如可參見DE69518147T2所述。因此，在地下開采中和在其他有爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域使用鋰蓄電池迄今沒有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種電氣設(shè)備用的安全自控式電池供電裝置，它可以在地下開采和其他有爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域中使用，它可以包括一些符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的蓄電池，以及付出最低或附加的費(fèi)用經(jīng)受一種針對(duì)各自的防爆類型的驗(yàn)收試驗(yàn)。
按本發(fā)明為達(dá)到此目的采取的措施是，所述至少一個(gè)蓄電池由可充電的鋰蓄電池組成，以及，電池盒設(shè)計(jì)為耐壓的，用于防爆地安裝全部鋰蓄電池。因此，按本發(fā)明此安全自控的電池供電裝置包括一個(gè)電池盒，它設(shè)計(jì)為耐壓的，使所有裝在它里面的鋰蓄電池對(duì)周圍環(huán)境不構(gòu)成爆炸危險(xiǎn)。因此，在按本發(fā)明的電池供電裝置中只是耐壓的電池盒要經(jīng)過針對(duì)各自防爆類型的許可以及滿足上面為此已說明的由于鋰蓄電池爆炸而可能引發(fā)的內(nèi)壓下的內(nèi)壓耐壓強(qiáng)度。即使更換實(shí)際上裝在經(jīng)過許可檢驗(yàn)的耐壓電池盒內(nèi)部的鋰蓄電池，也不會(huì)導(dǎo)致電池供電裝置的許可證失效。
通過耐壓設(shè)計(jì)電池盒，現(xiàn)在也可以在地下開采中使用鋰蓄電池。在鋰蓄電池中不產(chǎn)生明顯的“記憶效應(yīng)”。它們有長(zhǎng)得多的使用壽命，以及它們?cè)诔潆娙萘扛叩枚嗟耐瑫r(shí)允許在井下有長(zhǎng)得多的工作階段。
按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，電池盒是耐壓和氣密的。更優(yōu)選的是，電池盒設(shè)計(jì)為耐電解質(zhì)的。上述這些措施保證對(duì)于鋰蓄電池可以使用不同的蓄電池技術(shù)，不必針對(duì)防爆類型實(shí)施更新許可證。這尤其在下列情況下是有利的，即，在電池結(jié)構(gòu)形式、鋰蓄電池實(shí)際成分以及在鋰蓄電池盒內(nèi)較小的變動(dòng)不需要更新防爆類型許可證。因此，新蓄電池技術(shù)可以立即組合在按本發(fā)明的安全自控式電池供電裝置內(nèi)。
鋰蓄電池原則上可以按任何可能的蓄電池技術(shù)工作。按優(yōu)選的設(shè)計(jì)可涉及鋰離子蓄電池、鋰聚合物蓄電池或有液態(tài)電解質(zhì)的鋰蓄電池。在這方面可例如參見DE69518147T2。
為保證安裝在耐壓電池盒內(nèi)的鋰蓄電池與鋰蓄電池的技術(shù)結(jié)構(gòu)無關(guān)地?zé)o可指摘地工作，優(yōu)選地在電池盒內(nèi)與鋰蓄電池一起設(shè)一個(gè)優(yōu)選地安全自控的電路用于限制過電流和/或限制過電壓。通過此電路，在耐壓電池盒接觸夾或觸點(diǎn)上產(chǎn)生的電流以及在那里產(chǎn)生的電壓，在蓄電池一側(cè)始終與所使用的蓄電池類型無關(guān)地限制為規(guī)定的最大電氣參數(shù)。
在一種可能的實(shí)施例中，除了在電池盒中的電池組外設(shè)一充電電路，所以鋰蓄電池可以通過與井下安全自控式饋電網(wǎng)連接的充電插頭充電。但按優(yōu)選的設(shè)計(jì)將電池盒裝在一外殼內(nèi)或設(shè)有一側(cè)旁或附加外殼，所以安全自控的電池供電裝置基本上可按積木原理構(gòu)成，為此在耐壓電池盒內(nèi)裝防爆的被盒包圍的鋰蓄電池，它們可以與所有需要或期望的設(shè)在側(cè)旁或附加外殼內(nèi)的電路組合。此外，在此設(shè)計(jì)中電池盒用一種重量輕的耐壓應(yīng)力的材料如一種輕質(zhì)金屬尤其薄鋁板制成，而外殼用適合的塑料制造。
電池供電裝置優(yōu)選地可包括一個(gè)充電電路，尤其安全自控的充電電路，安裝在外殼內(nèi)部和電池盒外部。在這里原則上有利的是，充電電路包括一個(gè)電子控制器用于控制鋰蓄電池的充電電流和充電電壓。在按本發(fā)明具有外殼的設(shè)計(jì)方面特別有利的是，在外殼上固定一個(gè)充電插座，在插座中可插入一個(gè)可以供給井下饋電網(wǎng)電流的充電插頭。因此更優(yōu)選的是在外殼上還固定充電和放電插座和/或工作轉(zhuǎn)換器和/或通-斷開關(guān)。此外在此設(shè)計(jì)中優(yōu)選地可以在外殼內(nèi)部及電池盒外部設(shè)一在工作中必要的外部保護(hù)電路。因此恰當(dāng)?shù)氖浅潆婋娐泛捅Ｗo(hù)電路電連接在鋰蓄電池在耐壓電池盒上的電接觸點(diǎn)或連接導(dǎo)線與充電和放電插座之間。
在特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，鋰蓄電池在耐壓電池盒內(nèi)共同供應(yīng)一內(nèi)部工作電壓，它大于外部的可安全自控地施加在電氣設(shè)備上的工作電壓。為獲得足夠高的電壓，可以串聯(lián)地設(shè)多個(gè)鋰蓄電池。為了盡管高的內(nèi)部電壓仍能做到用井下安全自控的饋電網(wǎng)充電以及除此之外在終端用戶處不引起電壓過高，恰當(dāng)?shù)氖浅潆婋娐泛?或電流限制電路設(shè)有直流變壓器用于將電壓轉(zhuǎn)換為比較高的內(nèi)部工作電壓或比較低的外部工作電壓。為了轉(zhuǎn)換尤其使用DC/DC轉(zhuǎn)換器。


由表示在附圖1中的實(shí)施例說明本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式
在唯一的圖1中總體上用符號(hào)表示地下開采用的電池供電裝置。在表示的實(shí)施例中，電池供電裝置包括一個(gè)耐壓的電池盒1和一個(gè)側(cè)旁或附加外殼2。電池盒1包括一個(gè)電池箱3，鋰離子蓄電池5裝在其安裝腔4內(nèi)，鋰離子蓄電池優(yōu)選地由多個(gè)串聯(lián)的鋰電子蓄電池組成。電池箱3用電池箱蓋6例如通過多個(gè)在附圖中示意表示的螺釘7耐壓地封閉，鋰離子蓄電池可通過電池箱蓋裝入安裝腔4內(nèi)。電池箱3的界壁和蓋6的壁厚以及螺釘7設(shè)計(jì)為，甚至當(dāng)內(nèi)腔4以某個(gè)最大爆炸壓力發(fā)生爆炸時(shí)，也能使電池盒1保持耐壓和氣密地封閉。在這里，電池盒的耐壓強(qiáng)度與鋰蓄電池預(yù)期的最大爆破壓力相匹配。用于電池箱3和蓋6以及在兩者之間存在的密封裝置的材料這樣選擇，即，能使電池盒1對(duì)于可充電的鋰蓄電池5為運(yùn)動(dòng)及導(dǎo)引離子所使用的電解質(zhì)而言是氣密的和具有耐受能力的，以便通過一個(gè)或多個(gè)鋰蓄電池5在地下開采時(shí)為安全自控的電氣設(shè)備提供能源。
在圖示的實(shí)施例中，側(cè)旁外殼2用螺釘8固定在與蓋6相對(duì)的電池箱3端側(cè)。此實(shí)施例只用于示意地說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榘匆豁?xiàng)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)，電池箱3及其蓋6用一種輕質(zhì)金屬尤其鋁制成，而側(cè)旁外殼2用恰當(dāng)?shù)乃芰现圃觳⑼耆珖@電池箱和蓋6，所以電池供電裝置10沒有金屬的表面。在圖示的實(shí)施例中則不同，當(dāng)電池箱3和蓋6用薄鋁板制造時(shí)，電池箱3的表面3′及蓋6的表面6′也可以加上塑料護(hù)層，以獲得相同的效果。
在側(cè)旁外殼2內(nèi)設(shè)一個(gè)用板9示意地表示的具有多種功能的電路。在板9上的所有電路優(yōu)選地都是安全自控的。電路9通過電連接裝置11、12或連接導(dǎo)線以及至少一根用于溫度傳感器的傳感器導(dǎo)線13與鋰蓄電池5上的相應(yīng)觸點(diǎn)連接。導(dǎo)線11、12、13穿過電池箱3底部中的孔14，在這里孔14以恰當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^嵌裝件、填料和/或固定壁座設(shè)計(jì)為耐壓的貫穿件15并封閉。在電路板9上一方面設(shè)安全自控的充電電路以及另一方面設(shè)安全自控的保護(hù)電路。保護(hù)電路電連接在導(dǎo)線11、12、13與允許在地下開采中使用的在這里示意表示的放電插座16之間，在放電插座16上可連接一個(gè)用電器具。在側(cè)旁外殼2上除放電插座16外還設(shè)一充電插座17。電路板9含有一充電電路，它連接在充電插座17與鋰蓄電池5的連接導(dǎo)線11、12之間，借此，安全自控的電池供電裝置10的鋰蓄電池可以在井下通過一個(gè)圖中沒有表示的與井下饋電網(wǎng)連接的充電插頭重新充電。
按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，鋰蓄電池5在兩個(gè)接線夾11、12上有一個(gè)電壓，這一電壓大于控制器、撤柱控制器、測(cè)量?jī)x和其他非固定式的不可能與井下饋電網(wǎng)連接的電氣設(shè)備工作所需要的電壓。因此，不僅在電路板9上的充電電路而且保護(hù)電路都包括直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC轉(zhuǎn)換器)，以便將蓄電池5內(nèi)部的工作電壓轉(zhuǎn)換為放電插座16上需要的外部工作電壓，或?qū)⑹┘釉诔潆姴遄?7上的工作電壓轉(zhuǎn)換為需要的更高的工作電壓。
圖中沒有表示在電池箱1內(nèi)腔4可以附加地再設(shè)一過電流限制和/或過電壓限制電路，借助它可以限制鋰蓄電池5放出的電壓最大值。此外，充電電路可以包括一個(gè)電子控制器用于控制鋰蓄電池的充電電流和充電電壓。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以提出各種修改，它們應(yīng)處于所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。圖中表示的實(shí)施例純屬示意性的以及不應(yīng)限制所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.在地下開采和在其他有爆炸或礦井瓦斯爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域中用于電氣設(shè)備的安全自控式電池供電裝置，包括至少一個(gè)裝在電池盒內(nèi)可充電的蓄電池，其特征為所述至少一個(gè)蓄電池由可充電的鋰蓄電池(5)組成，以及電池盒(1)設(shè)計(jì)為耐壓的，用于防爆地安裝所有鋰蓄電池(5)。
2.按照權(quán)利要求1所述的電池供電裝置，其特征為電池盒(1)設(shè)計(jì)成氣密的。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的電池供電裝置，其特征為電池盒(1)設(shè)計(jì)為耐電解質(zhì)的。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的電池供電裝置，其特征為鋰蓄電池(5)由鋰離子蓄電池或鋰聚合物蓄電池組成。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的電池供電裝置，其特征為鋰蓄電池含有液態(tài)的電解質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的電池供電裝置，其特征為在電池盒(1)內(nèi)與蓄電池(5)一起設(shè)有優(yōu)選安全自控的用于限制過電流和/或限制過電壓的電路。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的電池供電裝置，其特征為電池盒內(nèi)設(shè)一充電電路。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的電池供電裝置，其特征為電池盒(1)裝在一外殼內(nèi)或設(shè)有一附加的外殼(2)。
9.按照權(quán)利要求8所述的電池供電裝置，其特征為電池盒(1)用一種重量輕和耐壓應(yīng)力的材料如一種輕質(zhì)金屬尤其鋁制成，而外殼或附加外殼(2)用塑料制造。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的電池供電裝置，其特征為在外殼或附加外殼(2)內(nèi)部以及在電池盒(1)外部設(shè)一安全自控的充電電路(9)。
11.按照權(quán)利要求7或10所述的電池供電裝置，其特征為充電電路(9)包括一個(gè)電子控制器用于控制鋰蓄電池的充電電流和充電電壓。
12.按照權(quán)利要求8至10之一所述的電池供電裝置，其特征為在外殼上固定一個(gè)充電插座(16)，在插座(16)中可插入一個(gè)可以供給井下饋電網(wǎng)電流的充電插頭。
13.按照權(quán)利要求8至12之一所述的電池供電裝置，其特征為在外殼上固定充電和放電插座(16、17)和/或工作轉(zhuǎn)換器和/或通-斷開關(guān)。
14.按照權(quán)利要求8至13之一所述的電池供電裝置，其特征為在外殼(2)內(nèi)部和電池盒(1)外部設(shè)一外部保護(hù)電路(9)。
15.按照權(quán)利要求7至14之一所述的電池供電裝置，其特征為充電電路和保護(hù)電路(9)電連接在鋰蓄電池在電池盒上的電接觸點(diǎn)與充電和放電插座(16、17)之間。
16.按照權(quán)利要求1至15之一所述的電池供電裝置，其特征為一些鋰蓄電池(5)在電池盒(1)內(nèi)共同供應(yīng)一內(nèi)部工作電壓，它大于外部的可安全自控地施加在電氣設(shè)備上的工作電壓。
17.按照權(quán)利要求16所述的電池供電裝置，其特征為充電電路和/或電流限制電路設(shè)有直流變壓器用于轉(zhuǎn)換電壓。
18.按照權(quán)利要求7至17之一所述的電池供電裝置，其特征為鋰蓄電池(5)通過在電池盒內(nèi)的耐壓貫穿件(15)與電路(9)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在地下開采和在其他有爆炸危險(xiǎn)的領(lǐng)域中用于電氣設(shè)備的安全自控式電池供電裝置，包括至少一個(gè)裝在電池盒內(nèi)可充電的蓄電池。按本發(fā)明，所述至少一個(gè)蓄電池由可充電的鋰蓄電池組成，以及電池盒設(shè)計(jì)為耐壓的用于防爆地安裝所有鋰蓄電池。電池盒的耐壓設(shè)計(jì)提供了在采礦業(yè)中使用鋰蓄電池的前提條件。因此若本電池供電裝置滿足所有防爆的要求，則也可以在電池盒內(nèi)安裝最新結(jié)構(gòu)形式的鋰蓄電池。
文檔編號(hào)E21F9/00GK1658409SQ20041009504
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者延斯·蒂特舍特, 諾伯特·施瓦茨, 約爾格·瓦格納 申請(qǐng)人:Dbt自動(dòng)化有限公司