Литий-ионная аккумуляторная батарея
Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к литиевым перезаряжаемым химическим источникам тока призматической формы и может быть использована в системах электроснабжения космических аппаратов требующих повышенных энергетических и эксплуатационных характеристик.
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение высоких энергетических характеристик (большая удельная энергоемкость) аккумуляторной батареи при работе с большими токами заряда и разряда, повышения ресурса и надежности ее работы.
Литий-ионная аккумуляторная батарея, согласно предлагаемой полезной модели, состоит из литий-ионных аккумуляторов, последовательно соединенных в электрическую цепь. Корпуса аккумуляторов, имеющие призматическую форму, отделены друг от друга и от стенок корпуса литий-ионной батареи диэлектрическими проставками и стянуты силовыми шпильками через боковые стенки корпуса батареи. Нижние днища корпусов литий-ионных аккумуляторов установлены на охлаждаемом основании через неэлектропроводящую прокладку. При этом каждая диэлектрическая проставка на боковых сторонах снабжена проушинами под силовые шпильки и буртиками на верхней и боковых сторонах, обеспечивающими фиксацию литий-ионных аккумуляторов в направлениях, перпендикулярных оси сборки аккумуляторов в батарее, а корпус литий-ионной аккумуляторной батареи может быть выполнен из композиционного материала.
Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к литиевым перезаряжаемым химическим источникам тока призматической формы и может быть использовано в системах электроснабжения космических аппаратов, требующих повышенных энергетических и эксплуатационных характеристик.
Выполненная из аккумуляторов призматической формы аккумуляторная батарея, как правило, состоит из аккумуляторной сборки последовательно расположенных друг за другом аккумуляторов с электрически изолированными корпусами и соответствующей последовательно-параллельной коммутацией по борнам для набора требуемого напряжения и емкости и корпуса батареи, в который помещается и закрепляется аккумуляторная сборка. Дополнительно аккумуляторная батарея оснащается блоками электроники для контроля и управления батареи. По такой схеме выполнены разработки литий-ионных аккумуляторных батарей с призматическими аккумуляторами Открытого акционерного общества (ОАО «Сатурн»)- сайт . ru. Корпус батареи конструктивно выполнен в виде моноблока с плотно установленными призматическими литий - ионными аккумуляторами. Моноблок представляет собой контейнер из Mg-Al сплава, основанием которого служит плита. Корпуса аккумуляторов электрически развязаны друг от друга и от внутренних поверхностей контейнера и соединены в параллельно-последовательную цепь. Это обеспечивает высокую прочность моноблока и позволяет крепить батарею в нескольких точках по периметру. Однако в этой конструкции вопрос гарантированной фиксации и поведения аккумуляторов при работе на номинальном режиме и при выводе на орбиту до конца не решен.
Другим вариантом конструктивного выполнения аккумуляторной батареи с призматическими аккумуляторами может служить никель-металлгидридная батарея 22НМГ -100 разработки ОАО «Научно-Исследовательский проектно-конструкторский и технологический Аккумуляторный Институт «Источник» (ОАО «НИАИ «Источник») - сайт . Эта батарея состоит из нескольких электрически последовательно соединенных аккумуляторов, которые располагаются в ряд один за другим с неэлектропроводящими проставками между ними. Этот ряд аккумуляторов располагается между двумя боковыми стенками, которые стягиваются силовыми шпильками, воспринимающими продольные усилия, возникающие при работе батареи. Нижние днища аккумуляторов через неэлектропроводящую проставку опираются на охлаждаемое основание. Фиксация блока аккумуляторов осуществляется путем закрепления боковых стенок к основанию.
Такое техническое решение не позволяет обеспечить надежную работу батареи, особенно в условиях экстремальных механических и токовых нагрузок, характерных для изделий космической техники. При воздействии механических перегрузок перемещения аккумуляторов в направлении, перпендикулярном продольной оси батареи, ограничиваются силой трения при сжатии сборки аккумуляторов силовыми шпильками. Для надежной фиксации аккумуляторов даже при отсутствии тока сила сжатия должна быть достаточно велика.
Предлагаемым техническим решением решается задача обеспечения высоких энергетических характеристик (большая удельная энергоемкость) аккумуляторной батареи при работе с большими токами заряда и разряда, повышения ресурса и надежности ее работы.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается литий- ионная аккумуляторная батарея, содержащая литий-ионные аккумуляторы, последовательно соединенные в электрическую цепь. Корпуса аккумуляторов, имеющие призматическую форму, отделены друг от друга и от стенок корпуса литий - ионной батареи диэлектрическими проставками и стянуты силовыми шпильками через боковые стенки корпуса батареи. Нижние днища корпусов литий-ионных аккумуляторов установлены на охлаждаемом основании через неэлектропроводяшую прокладку. При этом каждая диэлектрическая проставка на боковых сторонах снабжена проушинами под силовые шпильки и буртиками на верхней и боковых сторонах, обеспечивающими фиксацию литий-ионных аккумуляторов в направлениях, перпендикулярных оси сборки аккумуляторов в батарее. Кроме того, корпус литий-ионной аккумуляторной батареи может быть выполнен из композиционного материала.
В предлагаемом решении нагрузки в направлениях, перпендикулярных продольной оси, и воздействующие в процессе эксплуатации на аккумуляторы, воспринимаются силовыми шпильками через диэлектрические проставки, которые имеют буртики с трех сторон. Буртики могут представляют собой технологически возможное утолщение на диэлектрической проставке. Таким образом, диэлектрические проставки, расположенные между аккумуляторами и боковыми стенками корпуса батареи и аккумуляторами, выполняют одновременно функции диэлектриков и фиксаторов от боковых и вертикальных перемещений аккумуляторов
Конструкция предлагаемой аккумуляторной батареи изображена на Фигуре.
Аккумуляторная батарея содержит призматические аккумуляторы 1, которые отделены друг от друга и от боковых стенок 2 диэлектрическими проставками 3. Диэлектрические проставки 3 имеют по четыре проушины 4 и по три буртика 5, с боков и сверху, что позволяет им надежно фиксировать аккумуляторы. Между основанием 6 и днищем аккумуляторов устанавливается диэлектрическая прокладка 7. В осевом направлении аккумуляторы 1 фиксируются боковыми стенками 2, которые стянуты силовыми шпильками 8. Боковые стенки 2 крепятся к основанию уголками 9.
Аккумуляторная батарея работает следующим образом. Собирается аккумуляторная сборка - аккумуляторы 1 обкладываются с обеих сторон диэлектрическими проставками 3, которые фиксируют аккумуляторы буртиками 5, помещается в корпус батареи между боковыми стенками 2, стягивается силовыми шпильками 8 и закрывается крышкой 10. При подаче зарядного тока ионы лития с положительного электрода аккумуляторов протекают через электролит на отрицательный графитовый электрод (на фигуре не показан) и внедряются в поры внутри графита. В результате этого происходит распухание графита, увеличивается объем электрогенерирующей матрицы и она оказывает осевое давление на боковые стенки 2 аккумулятора. По ходу продолжения заряда усилия по расширению стенок аккумуляторов воспринимают силовые шпильки 8.
В предлагаемом техническом решении, в отличии от существующих прототипов, детали корпуса батареи изготавливаются не из Mg-Al сплавов, а из композиционных материалов. Это позволяет уменьшить массу корпуса и всей аккумуляторной батареи в целом. Уменьшение массы позволяет повысить удельную энергоемкость.
1. Литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая литий-ионные аккумуляторы, последовательно соединенные в электрическую цепь, корпуса аккумуляторов, имеющие призматическую форму, отделены друг от друга и от стенок корпуса литий-ионной батареи диэлектрическими проставками и стянуты силовыми шпильками через боковые стенки корпуса батареи, нижние днища корпусов литий-ионных аккумуляторов установлены на охлаждаемом основании через неэлектропроводящую прокладку, отличающаяся тем, что каждая диэлектрическая проставка на боковых сторонах снабжена проушинами под силовые шпильки и буртиками на верхней и боковых сторонах, обеспечивающими фиксацию литий-ионных аккумуляторов в направлениях, перпендикулярных оси сборки аккумуляторов в батарее.
2. Литий-ионная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что корпус батареи выполнен из композиционного материала.
