DE3703243C1

DE3703243C1 - Battery for underground electrical power supply

Info

Publication number: DE3703243C1
Application number: DE3703243A
Authority: DE
Inventors: Manfred Maikranz; Rainer Koch
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-08-04

Abstract

An electrical power supply unit is provided for supplying electrical power in underground mining, which electrical power supply unit in each case consists of a plurality of cells which together produce an overall voltage of less than 5 volts. On the output side, these cells are connected to a voltage converter so that the necessary flameproofing (ignition protection) and ease of maintenance are achieved. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie für die Stromversor gung im untertägigen Berg- und Tunnelbau, insbesondere Stein kohlenbergbau, mit einer Mehrzahl von gleichartigen Zellen, die zu einer Stromversorgungseinheit in einer Form zusammen geschlossen sind.The invention relates to a battery for the electricity supplier in underground mining and tunneling, especially stone coal mining, with a plurality of similar cells, which together into a power supply unit in one form are closed.

Derartige Batterie-Stromversorgungen werden bisher im Stein kohlenbergbau aus wiederaufladbaren Zellen mit nachgeschal teter strom- und spannungsbegrenzender Regelung eingesetzt. Regelung und Zellen sind in eine verlorene Form eingefügt und mit Gießharz als Füll- und Stabilisierungsmittel vergossen. Die Zahl der Zellen richtet sich nach der benötigten Ausgangs spannung. Das Gießharz wird eingesetzt, um bei zündfähigen Methan-Luft-Gemischen bei Kontakt mit energiereichen Teilen der Batterie eine Entzündung des Gases zu vermeiden. Derartige Konstruktionen sind deshalb von Nachteil, weil beispielsweise bei der Reihenschaltung von zehn galvanischen Zellen zur Erzeu gung einer hohen Ausgangsspannung eine Unterladung von Zellen mit kleinerem Innenwiderstand nicht zu vermeiden ist. Eine solche Unterladung führt zu einer Kapazitätseinschränkung der gesamten Batterie und damit zu einem frühzeitigen Ausfall die ses Aggregates. Das aufgrund der Zündgefahr notwendige Ver gießen des Zellenverbandes erschwert Reparaturen erheblich, da der Verguß zunächst entfernt werden muß, wobei häufig eine weitere Beschädigung der Batterieteile sowie der Regelung auf tritt. Von Nachteil ist schließlich, daß für jede Batterieaus gangsspannung eine eigene mechanische Konstruktion benötigt wird. Da die Batterieausgangsspannung sich je nach den jeweiligen Verbrauchern unter umständen erheblich ändert, wird somit prak tisch für jeden Verbraucher eine eigene Konstruktion benötigt.Such battery power supplies have so far been in the stone coal mining from rechargeable cells with reshaped tied current and voltage limiting control. Regulation and cells are inserted in a lost form and cast with resin as a filler and stabilizer. The number of cells depends on the required output tension. The cast resin is used to make ignitable Methane-air mixtures on contact with high-energy parts to prevent the battery from igniting the gas. Such Constructions are disadvantageous because, for example in the series connection of ten galvanic cells for generation under-charging of cells with a smaller internal resistance cannot be avoided. A such underloading leads to a capacity limitation of the entire battery and thus to an early failure this unit. The necessary due to the risk of ignition pouring the cell structure makes repairs considerably more difficult, since the potting must first be removed, often a further damage to the battery parts and the control occurs. Finally, the disadvantage is that for each battery a separate mechanical construction is required becomes. Since the battery output voltage varies depending on the particular Under certain circumstances, consumers will make considerable changes table for each consumer.

Ebenfalls im Aufbau sehr aufwendig ist eine aus der GB-PS 20 40 609 bekannte Batterie, bei der kleine Zellspannungen vorhanden sind, die mittels Spannungswandler auf eine höhere Spannung transformiert werden. Nachteilig ist hier weiter, daß alle elek tronischen Schaltteile nach Verbrauch der Primärzellen verloren sind. Für den untertätigen Bergbau sind die bekannten Batterien ungeeignet, da der Raum oberhalb der eigentlichen Primärzellen für die hier zum Einsatz kommende Induktivität nicht ausreicht. Nachteilig ist weiter, daß die Betriebsspannung nicht stabili siert ist.One from GB-PS 20 is also very complex to build 40 609 known battery, in which there are small cell voltages are to a higher voltage by means of voltage transformers be transformed. Another disadvantage here is that all elec tronic switching parts lost after consumption of the primary cells are. The well-known batteries are for underground mining unsuitable because the space above the actual primary cells not sufficient for the inductance used here. Another disadvantage is that the operating voltage is not stable is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kapazitätskon stante, reparaturfreundliche, unter Tage einsetzbare Batterie zu schaffen.The invention has for its object a capacitance constant, repair-friendly, underground battery to accomplish.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zellen zu Gruppen mit einer Gesamtspannung von 5 Volt zusammengeschlos sen und ausgangsseitig mit einem Spannungswandler gekoppelt sind.The object is achieved in that the cells merged into groups with a total voltage of 5 volts sen and are coupled on the output side with a voltage converter.

Bei einer so ausgebildeten Batterie ist die Zündgefahr behoben, weil Methan-Luft-Gemische durch eine derartige Spannung bzw. bei derartiger Energie nicht gezündet werden können. Durch Verwendung von Batterien mit Primär- oder Sekundärzellen mit einer Gesamt spannung von unter 5 Volt können somit unvergossene Zellen zum Einsatz kommen, die demensprechend leicht und ohne großen Auf wand zu warten und zu reparieren sind. Die Zuordnung eines Span nungswandlers zu jeder derartigen Stromversorgungseinheit ermög licht es, die notwendigen hohen Ausgangsspannungen zu erzeugen, ohne daß dazu die Vielzahl der in Reihe ge schalteten Zellen benötigt wird. Die Ausgangsspannung kann dabei sowohl unipolar oder bipolar ausgeführt werden.With a battery designed in this way, the risk of ignition is eliminated, because methane-air mixtures by such a voltage or at such energy cannot be ignited. By using of batteries with primary or secondary cells with a total Voltage of less than 5 volts can therefore be used for non-potted cells Use, which are accordingly light and without a large opening wall to be maintained and repaired. The assignment of a span voltage converter to any such power supply unit light it, the necessary high output voltages generate without the large number of ge in series switched cells is needed. The output voltage can both unipolar or bipolar.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vor gesehen, daß der Spannungswandler als elektronische Schal tung ausgebildet ist. Eine solche elektronische Schaltung kann optimal in die vorhandenen Aggregate eingebaut wer den, zeichnet sich durch einen geringen Platzbedarf und die Unabhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten, ins besondere des Klimas, aus.After an expedient training of the invention is before seen that the voltage converter as an electronic scarf tion is trained. Such an electronic circuit can be optimally installed in the existing units is characterized by a small footprint and independence from the respective circumstances, ins special of the climate.

Ist die Gefahr vorhanden, daß durch besonders hohe Aus gangsleistungen zündfähige Funken erzeugt werden, so kann der Spannungswandler als solcher als vergossene Schaltung ausgeführt sein, während die Zellen nach wie vor unvergos sen bleiben. Da am Spannungswandler Reparaturen nicht er forderlich sind, ist eine solche Vergußausbildung bezüg lich der Wartungsarbeiten unschädlich. Wird eine derar tige Batterie bzw. Stromversorgungseinheit zur netzunab hängigen Speisung von Betriebsmitteln eingesetzt, so ist es von Vorteil, wenn der Spannungswandler seinerseits über einen eigensicher ausgebildeten Versorgungseingang mit dem Betriebsmittel verbunden ist. Dabei ist der Versor gungseingang naturgemäß dem Betriebsmittel zugeordnet, wobei eine Zündgefahr auch bei explosiven bzw. zündfähi gem Methan-Lust-Gemisch nicht besteht.Is there a danger that by particularly high Aus ignitable sparks can be generated the voltage converter as such as a potted circuit be carried out while the cells are still un-potted stay. Because repairs on the voltage converter not he such potting training is required harmless to maintenance work. Become a derar term battery or power supply unit for off-grid dependent supply of equipment is used it is advantageous if the voltage converter in turn over an intrinsically safe supply input the equipment is connected. Here is the supplier input naturally assigned to the equipment, an ignition hazard even with explosive or ignitable according to the methane-pleasure mixture does not exist.

Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit eignet sich darüber hinaus vorteilhaft auch für netzgespeiste Notstrom versorgungen. Um auch dabei wiederaufladbare bzw. wieder verwendbare Zellen einsetzen zu können, sieht die Erfin dung vor, daß parallel zum Spannungswandler eine netzge speiste Ladeelektronik vorgesehen ist, die einen eigen sicheren Ausgang aufweist. Auf diese Weise ist eine sehr einfache und wenig steuerungsaufwendige Notstromversorgung geschaffen.The power supply unit according to the invention is suitable also beneficial for mains-powered emergency power supplies. To be rechargeable or rechargeable Erfin sees that it is possible to use usable cells tion that a parallel to the voltage converter fed charging electronics is provided, which has its own has a safe exit. That way is a very simple and low-control emergency power supply created.

Auch hierbei ist eine vorteilhafte Zündsicherheit dann gegeben, wenn, wie erfindungsgemäß weiter vorgesehen, die Ladeelektronik vergußgekapselt ausgeführt ist und/oder zusätzlich ohmsche Widerstände vorgesehen sind. Hierdurch ist eine Zündschutzart gegeben, die je nach Anwendung auch durch eine druckfeste Kapselung, Sandkapselung oder eine Kombination dieser Zündschutzarten ersetzt sein kann. Durch die Verwendung zusätzlicher ohmscher Widerstände wird die Zündschutzart eigensicher gleichzeitig mit gewährleistet.Here, too, there is advantageous ignition security given if, as further provided according to the invention, the Charging electronics is encapsulated and / or additional ohmic resistors are provided. Hereby there is a type of protection, depending on the application by a pressure-resistant encapsulation, sand encapsulation or a Combination of these types of protection can be replaced. By the use of additional ohmic resistors Protection type intrinsically safe at the same time guaranteed.

Die Erfindung ist mit gängigen Zellen vorteilhaft zu ver wirklichen, indem beispielsweise jeweils drei Zink-Kohle- Zellen oder drei Nickel-Cadmium-Zellen zu einer Stromver sorgungseinheit zusammengeschlossen sind. Hierbei wird bei den Zink-Kohle-Batterien eine maximale Gesamtspannung von 4,5 Volt und bei den Nickel-Cadmium-Zellen von 4,2 Volt erreicht. Damit liegen solcher Anordnungen deutlich unter 5 Volt, so daß eine Zündung eines Methan-Luft-Ge misches ausgeschlossen ist.The invention can be advantageously used with common cells real by, for example, three zinc-carbon Cells or three nickel-cadmium cells to a power supply care unit are united. Here will a maximum total voltage for zinc-carbon batteries of 4.5 volts and of the nickel-cadmium cells of 4.2 Volts reached. Such arrangements are thus clear below 5 volts, so that ignition of a methane-air Ge mixing is excluded.

Gerade im untertägigen Bergbau ist eine kompakte und si chere Ausbildung der verschiedenen Aggregate notwendig. Hierzu sieht die Erfindung vorzugsweise vor, daß die Zel len mit Spannungswandler mit dem zu versorgenden Betriebs mittel in einem gemeinsamen Gehäuse integriert angeordnet sind.Especially in underground mining is a compact and si Chere training of the various units necessary. For this purpose, the invention preferably provides that the cell len with voltage converter with the operation to be supplied arranged integrated in a common housing are.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine im Aufbau einfache Stromversorgungseinheit geschaf fen ist, die den untertägigen Sicherheitsvorschriften und -bedürfnissen optimal entspricht und die insbesondere leicht zu reparieren und auch jeweils unterzubringen ist. Eine Zündsicherheit ist dabei gegeben, unabhängig davon, ob die Stromversorgungseinheit als Batterieversorgung oder als Notstromversorgung eingesetzt wird.The invention is particularly characterized in that created a simple power supply unit in construction fen which complies with the underground safety regulations and - meets needs optimally and especially light is to be repaired and accommodated in each case. A Ignition security is given, regardless of whether the power supply unit as a battery supply or is used as an emergency power supply.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Figuren, die nachfolgend auch kurz beschrieben sind. Es zeigen:Embodiments of the invention show the figures, which are also briefly described below. Show it:

Fig. 1 eine als Batterieversorgung dienende Stromversor gungseinheit, Fig. 1 generating unit serving as a battery supply Stromversor,

Fig. 2 eine solche die als Notstromversorgung gedacht ist. Fig. 2 one that is intended as an emergency power supply.

Mit 1 ist in beiden Figuren die Stromversorgungseinheit bezeichnet, die zunächst aus mehreren, vorzugsweise drei Zellen 2, 3 besteht, die jeweils und das sowohl nach der Ausbildung nach Fig. 1 wie nach Fig. 2 mit einem Spannungs wandler 4 verbunden ist, der über Ausgänge 7 verfügt.With 1 in both figures, the power supply unit is designated, which initially consists of several, preferably three cells 2 , 3 , each and that both after the formation of FIG. 1 as shown in FIG. 2 is connected to a voltage converter 4 , which Outputs 7 has.

Bei Einsatz der Stromversorgungseinheit 1 zur Batterie versorgung gemäß Fig. 1 stellt dies schon die gesamte Schal tung und Anordnung dar, während beim Einsatz als Notstrom versorgung gemäß Fig. 2 parallel zum Spannungswandler 4 eine Ladeelektronik 5 vorgesehen ist, die über eigensi chere Ausgänge 6 verfügt. Mit 8 ist das Netz bezeichnet.When using the power supply unit 1 to the battery supply of FIG. 1, this has all the sound processing and assembly, whereas when used as an emergency power supply of FIG. 2 in parallel to the voltage transformer 4, a charging electronics 5 is provided, which has eigensi chere outputs 6 . The network is designated 8 .

Claims

1. Battery for the power supply in underground mining and tunneling, in particular hard coal mining, with a plurality of cells of the same type, which are together in a form to form a power supply unit, characterized in that the cells ( 2 , 3 ) form groups with a total voltage of <5 volts are connected and coupled on the output side to a voltage converter ( 4 ).

2. Battery according to claim 1, characterized in that the voltage converter ( 4 ) is designed as an electronic circuit.

3. Battery according to claim 1 or claim 2, characterized in that the voltage converter ( 4 ) is designed as a molded circuit.

4. Battery according to claim 1, characterized in that the voltage converter ( 4 ) is in turn connected to the equipment via an intrinsically safe supply input.

5. Battery according to claim 1, characterized in that a mains-powered charging electronics ( 5 ) is provided in parallel to the voltage converter ( 4 ), which has an intrinsically safe output ( 6 ).

6. Battery according to claim 5, characterized in that the charging electronics ( 5 ) is encapsulated and / or that additionally ohmic resistors are vorgese hen.

7. Battery according to claim 1, characterized in that preferably three zinc-carbon cells or three nickel-cadmium cells are connected together to form a supply unit ( 1 ).

8. Battery according to claim 1, characterized in that the cells ( 2 , 3 ) with voltage converter ( 4 ) are arranged with the equipment to be supplied integrated in a common housing Ge.