地下开采用的安全自控式电池供电装置 【技术领域】
本发明涉及一种在地下开采和在其他有爆炸或矿井瓦斯爆炸危险的领域中用于电气设备的安全自控式电池供电装置，包括至少一个装在电池盒内可充电的蓄电池。
背景技术
在地下开采和在其他有爆炸或矿井瓦斯爆炸危险的领域，要求独立于馈电网供给电气设备足够的安全自控的电压。例如在地下开采时，在撤柱控制器中，在遥控器中，为在难以接近的部位的测量仪，以及为另一些电气设备，使用可充电的电池供电装置，它们采用镍镉蓄电池(NiCd电池)。镍镉蓄电池有小的充电容量和不良的再充电性能，因为若NiCd蓄电池在重新充电前没有完全放电，由于所谓的“记忆效应”调整为一个减小的可使用的充电容量。基于NiCd蓄电池小地充电容量，所以在地下开采时需要大数量的备用蓄电池，它们必须首先带到井下，然后在那里中间储存。NiCd蓄电池的再充电只能在井下进行，因为充好电或放电的蓄电池的运输同样带来物流问题。
在地下开采时只允许使用这些电源，即它们允许在有爆炸危险的区域内使用和符合适用于使用区的防爆类型规定(Zündschutzartbestimmung)(例如ATEX、IEC、Eex等)。在这里，每一种验收试验均与昂贵的费用相联系。因此，出自于成本的原因几乎不可能为了在有爆炸危险的领域中使用允许重复地更新已改变的蓄电池。
因此在地下开采时经常使用那些安全自控的电池供电装置，它们在技术上并不符合最新的标准以及其基本结构公开在1980年的DE3050751C2中。这些电池供电装置包括装在一电池盒内的NiCd蓄电池以及一个非安全自控的电子装置，它通过浇注硅酮橡胶埋在电子装置盒内，在这里这两个盒一起装在一个外壳内。与之不同，蓄电池同样也可以与一个必要的保护电路浇注在一起，以满足适用于许可证的防爆类型。这种电池供电装置的修理，尤其是更换此类电池供电装置中的蓄电池用认为合理的费用是不可能的。
在地下开采之外，尤其在通信工业和维修工业的领域内，越来越多地用锂蓄电池代替早先使用的含铅电池和NiCd蓄电池。因此存在着基本的愿望，使锂蓄电池也能应用于例如可由DE69518147T2得知的其他技术领域，这涉及可充电的含水的锂-氢离子电池。当然，在锂蓄电池中存在着蓄电池有爆炸可能的安全性问题，如可参见DE69518147T2所述。因此，在地下开采中和在其他有爆炸危险的领域使用锂蓄电池迄今没有发生。
【发明内容】
本发明的目的是创造一种电气设备用的安全自控式电池供电装置，它可以在地下开采和其他有爆炸危险的领域中使用，它可以包括一些符合当前技术发展水平的蓄电池，以及付出最低或附加的费用经受一种针对各自的防爆类型的验收试验。
按本发明为达到此目的采取的措施是，所述至少一个蓄电池由可充电的锂蓄电池组成，以及，电池盒设计为耐压的，用于防爆地安装全部锂蓄电池。因此，按本发明此安全自控的电池供电装置包括一个电池盒，它设计为耐压的，使所有装在它里面的锂蓄电池对周围环境不构成爆炸危险。因此，在按本发明的电池供电装置中只是耐压的电池盒要经过针对各自防爆类型的许可以及满足上面为此已说明的由于锂蓄电池爆炸而可能引发的内压下的内压耐压强度。即使更换实际上装在经过许可检验的耐压电池盒内部的锂蓄电池，也不会导致电池供电装置的许可证失效。
通过耐压设计电池盒，现在也可以在地下开采中使用锂蓄电池。在锂蓄电池中不产生明显的“记忆效应”。它们有长得多的使用寿命，以及它们在充电容量高得多的同时允许在井下有长得多的工作阶段。
按优选的设计，电池盒是耐压和气密的。更优选的是，电池盒设计为耐电解质的。上述这些措施保证对于锂蓄电池可以使用不同的蓄电池技术，不必针对防爆类型实施更新许可证。这尤其在下列情况下是有利的，即，在电池结构形式、锂蓄电池实际成分以及在锂蓄电池盒内较小的变动不需要更新防爆类型许可证。因此，新蓄电池技术可以立即组合在按本发明的安全自控式电池供电装置内。
锂蓄电池原则上可以按任何可能的蓄电池技术工作。按优选的设计可涉及锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池或有液态电解质的锂蓄电池。在这方面可例如参见DE69518147T2。
为保证安装在耐压电池盒内的锂蓄电池与锂蓄电池的技术结构无关地无可指摘地工作，优选地在电池盒内与锂蓄电池一起设一个优选地安全自控的电路用于限制过电流和/或限制过电压。通过此电路，在耐压电池盒接触夹或触点上产生的电流以及在那里产生的电压，在蓄电池一侧始终与所使用的蓄电池类型无关地限制为规定的最大电气参数。
在一种可能的实施例中，除了在电池盒中的电池组外设一充电电路，所以锂蓄电池可以通过与井下安全自控式馈电网连接的充电插头充电。但按优选的设计将电池盒装在一外壳内或设有一侧旁或附加外壳，所以安全自控的电池供电装置基本上可按积木原理构成，为此在耐压电池盒内装防爆的被盒包围的锂蓄电池，它们可以与所有需要或期望的设在侧旁或附加外壳内的电路组合。此外，在此设计中电池盒用一种重量轻的耐压应力的材料如一种轻质金属尤其薄铝板制成，而外壳用适合的塑料制造。
电池供电装置优选地可包括一个充电电路，尤其安全自控的充电电路，安装在外壳内部和电池盒外部。在这里原则上有利的是，充电电路包括一个电子控制器用于控制锂蓄电池的充电电流和充电电压。在按本发明具有外壳的设计方面特别有利的是，在外壳上固定一个充电插座，在插座中可插入一个可以供给井下馈电网电流的充电插头。因此更优选的是在外壳上还固定充电和放电插座和/或工作转换器和/或通-断开关。此外在此设计中优选地可以在外壳内部及电池盒外部设一在工作中必要的外部保护电路。因此恰当的是充电电路和保护电路电连接在锂蓄电池在耐压电池盒上的电接触点或连接导线与充电和放电插座之间。
在特别优选的设计中，锂蓄电池在耐压电池盒内共同供应一内部工作电压，它大于外部的可安全自控地施加在电气设备上的工作电压。为获得足够高的电压，可以串联地设多个锂蓄电池。为了尽管高的内部电压仍能做到用井下安全自控的馈电网充电以及除此之外在终端用户处不引起电压过高，恰当的是充电电路和/或电流限制电路设有直流变压器用于将电压转换为比较高的内部工作电压或比较低的外部工作电压。为了转换尤其使用DC/DC转换器。
【附图说明】
由表示在附图1中的实施例说明本发明的其他优点和设计。
【具体实施方式】
在唯一的图1中总体上用符号表示地下开采用的电池供电装置。在表示的实施例中，电池供电装置包括一个耐压的电池盒1和一个侧旁或附加外壳2。电池盒1包括一个电池箱3，锂离子蓄电池5装在其安装腔4内，锂离子蓄电池优选地由多个串联的锂电子蓄电池组成。电池箱3用电池箱盖6例如通过多个在附图中示意表示的螺钉7耐压地封闭，锂离子蓄电池可通过电池箱盖装入安装腔4内。电池箱3的界壁和盖6的壁厚以及螺钉7设计为，甚至当内腔4以某个最大爆炸压力发生爆炸时，也能使电池盒1保持耐压和气密地封闭。在这里，电池盒的耐压强度与锂蓄电池预期的最大爆破压力相匹配。用于电池箱3和盖6以及在两者之间存在的密封装置的材料这样选择，即，能使电池盒1对于可充电的锂蓄电池5为运动及导引离子所使用的电解质而言是气密的和具有耐受能力的，以便通过一个或多个锂蓄电池5在地下开采时为安全自控的电气设备提供能源。
在图示的实施例中，侧旁外壳2用螺钉8固定在与盖6相对的电池箱3端侧。此实施例只用于示意地说明本发明的结构，因为按一项特别优选的设计，电池箱3及其盖6用一种轻质金属尤其铝制成，而侧旁外壳2用恰当的塑料制造并完全围绕电池箱和盖6，所以电池供电装置10没有金属的表面。在图示的实施例中则不同，当电池箱3和盖6用薄铝板制造时，电池箱3的表面3′及盖6的表面6′也可以加上塑料护层，以获得相同的效果。
在侧旁外壳2内设一个用板9示意地表示的具有多种功能的电路。在板9上的所有电路优选地都是安全自控的。电路9通过电连接装置11、12或连接导线以及至少一根用于温度传感器的传感器导线13与锂蓄电池5上的相应触点连接。导线11、12、13穿过电池箱3底部中的孔14，在这里孔14以恰当的方式通过嵌装件、填料和/或固定壁座设计为耐压的贯穿件15并封闭。在电路板9上一方面设安全自控的充电电路以及另一方面设安全自控的保护电路。保护电路电连接在导线11、12、13与允许在地下开采中使用的在这里示意表示的放电插座16之间，在放电插座16上可连接一个用电器具。在侧旁外壳2上除放电插座16外还设一充电插座17。电路板9含有一充电电路，它连接在充电插座17与锂蓄电池5的连接导线11、12之间，借此，安全自控的电池供电装置10的锂蓄电池可以在井下通过一个图中没有表示的与井下馈电网连接的充电插头重新充电。
按优选的设计，锂蓄电池5在两个接线夹11、12上有一个电压，这一电压大于控制器、撤柱控制器、测量仪和其他非固定式的不可能与井下馈电网连接的电气设备工作所需要的电压。因此，不仅在电路板9上的充电电路而且保护电路都包括直流转换器(DC/DC转换器)，以便将蓄电池5内部的工作电压转换为放电插座16上需要的外部工作电压，或将施加在充电插座17上的工作电压转换为需要的更高的工作电压。
图中没有表示在电池箱1内腔4可以附加地再设一过电流限制和/或过电压限制电路，借助它可以限制锂蓄电池5放出的电压最大值。此外，充电电路可以包括一个电子控制器用于控制锂蓄电池的充电电流和充电电压。
本领域技术人员可以提出各种修改，它们应处于所附权利要求的保护范围内。图中表示的实施例纯属示意性的以及不应限制所附权利要求的保护范围。