Батарея химических источников тока

Использование: при изготовлении первичных и вторичных источников тока, в частности, батарей на основе литий-ионных аккумуляторов, ориентированных на работу при отрицательных температурах окружающей среды. Сущность полезной модели: Батарея химических источников тока (ХИТ) имеет нагревательные элементы (НЭ), установленные на корпусе батареи и (или) между единичными ХИТ и подключаемые к внешнему или внутреннему (электрическая цепь ХИТ) источнику электропитания с помощью коммутатора, управляемого электронным блоком управления. В зависимости от контролируемой с помощью термодатчика температуры между собой НЭ соединяются по последовательной, параллельной, параллельно-последовательной или последовательно-параллельной схеме. Корпус может иметь дополнительный слой из теплоизоляционного материала, а НЭ выполнены на базе углеродных волокнистых материалов.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании первичных и вторичных источников тока.

Наиболее близким к данной полезной модели является аккумуляторная батарея, содержащая, по крайней мере, один аккумулятор, корпус с нагревательным элементом, датчик температуры, коммутатор с блоком управления, установленным в цепи заряда батареи, обеспечивающим подключение нагревательного элемента к зарядному устройству, когда температура аккумуляторной батареи меньше минимально допустимого значения для данного типа аккумулятора при заданном токе заряда и подключение цепи заряда к аккумуляторной батарее при превышении температуры аккумуляторной батареи минимально допустимого значения. [Свидетельство РФ на полезную модель 29408, опубл. 10.05.2003].

Недостатком известной аккумуляторной батареи является то, что:

1) При пониженных температурах окружающей среды, время необходимое на прогрев аккумуляторов электрическим нагревателем, расположенным на корпусе батареи, до температуры начала заряда может быть весьма велико.

2) При пониженных температурах окружающей среды резко падает мощность и энергоотдача батареи при разряде.

Задачей полезной модели является создание батареи первичных или вторичных химических источников тока, обеспечивающей повышенные энергетические и мощностные характеристики и удобство эксплуатации при пониженных температурах окружающей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что:

В батарее химических источников тока, содержащей множество установленных в корпус единичных химических источников тока или модулей из нескольких единичных химических источников тока, соединенных в единую электрическую цепь, нагревательные элементы, по крайней мере один термодатчик, блок управления с коммутатором, осуществляющим подключение или отключение нагревательных элементов к внешнему источнику электропитания, блок управления с помощью коммутатора, осуществляет подключение или отключение нагревательных элементов к электрической цепи из единичных химических источников тока или модулей из нескольких единичных химических источников тока.

В батарее химических источников тока в зависимости от измеряемой термодатчиком температуры нагревательные элементы соединяются между собой по последовательной, параллельной, параллельно-последовательной или последовательно-параллельной схеме.

В батарее химических источников тока нагревательные элементы выполнены на базе углеродных волокнистых материалов.

В батарее химических источников тока нагревательные элементы установлены между единичными химическими источниками тока или модулями из нескольких единичных химических источников тока.

В батарее химических источников тока в цепи для подключения внешних устройств имеется ключевой элемент.

В батарее химических источников тока корпус имеет дополнительный слой из теплоизоляционного материала.

В батарее химических источников тока блок управления имеет, по крайней мере, один микроконтроллер.

Пример 1 выполнения батареи.

Батарея из 4-х призматических литий-ионных аккумуляторов выполнена по электрической схеме, приведенной на фиг.1. Аккумуляторы 14 электрически соединены последовательно в электрическую цепь, имеющую клеммы 5 и 6 для подключения к внешним устройствам. Батарея имеет термодатчик 7, микропроцессорный блок управления 8, управляющий работой коммутатора 9, который подключает три нагревательных элемента 10 к соединенным в электрическую цепь аккумуляторам 14 или к внешнему источнику электропитания 11. В цепи подключения аккумулятора 1 к клемме 5 имеется электромагнитное реле 12, включение/выключение которого осуществляет блок управления 8. Питание блока управления 8 осуществляется от аккумуляторов 14. Нагревательные элементы 10 выполнены с использованием углеграфитовой ткани и размещены между боковыми стенками аккумуляторов 1-2, 2-3 и 3-4, которые в свою очередь установлены в корпусе 13 (см. фиг.2).

Алгоритм работы батарей

В исходном состоянии электромагнитное реле 12 нормально разомкнуто. Блок контроля 8 с помощью термодатчика 7 измеряет температуру батареи и в соответствии с заложенной программой при температуре ниже минус 20°С подключает с помощью коммутатора 9 соединенные параллельно нагревательные элементы 10 к внешнему источнику электропитания 11. При температуре, лежащей в диапазоне от минус 20°С до минус 10°С, нагревательные элементы 10 перекоммутируются с параллельной в последовательную цепь и подключаются к соединенным в электрическую цепь аккумуляторам 1... 4, а электромагнитное реле 12 замыкается и подключает соединенные в электрическую цепь аккумуляторы 14 через клеммы 5 и 6 к внешним цепям, позволяя их заряжать или разряжать. При температуре выше минус 10°С нагревательные элементы 10 с помощью коммутатора 9 отключаются от аккумуляторов 14.

Пример 2 выполнения батареи.

Батарея из 4-х призматических воздушно-магниевых источников тока с солевым электролитом (ВМИГ) выполнена по электрической схеме, приведенной на фиг.3. ВМИГ 1417 электрически соединены последовательно в электрическую цепь, имеющую клеммы 5 и 6 для подключения к внешним устройствам. Батарея имеет термодатчик 7, микропроцессорный блок управления 8, управляющий работой коммутатора 9, который подключает три нагревательных элемента 10 к соединенным в электрическую цепь ВМИГ 1417. Нагревательные элементы 10 выполнены с использованием углеродных волокнистых материалов и размещены между боковыми стенками ВМИГ 14-15, 15-16 и 16-17, которые в свою очередь установлены в корпусе 13. В цепи подключения ВМИГ 1 к клемме 5 имеется электромагнитное реле 12, включение/выключение которого осуществляет блок управления 8. Питание блока управления 8 осуществляется от ВМИГ 14. На внутренней поверхности корпуса батареи установлен слой пористого полимерного теплоизоляционного материала 18 толщиной 3 мм (см. фиг.4).

Алгоритм работы батареи

В исходном состоянии электромагнитное реле 12 нормально разомкнуто. Блок контроля 8 с помощью термодатчика 7 измеряет температуру батареи и в соответствии с заложенной программой при температуре ниже минус 10°С подключает с помощью коммутатора 9 соединенные параллельно нагревательные элементы 10 к соединенным в электрическую цепь ВМИГ 1215. При температуре, лежащей в диапазоне от минус 10°С до 0°С, нагревательные элементы 10 перекоммутируются с параллельной в последовательную цепь. При температуре выше 0°С нагревательные элементы 10 с помощью коммутатора 9 отключаются от ВМИТ 1215, реле 12 замыкается, обеспечивая возможность разряда батареи на внешнюю нагрузку через клеммы 5 и 6.

1. Батарея химических источников тока, содержащая множество установленных в корпус единичных химических источников тока или модулей из нескольких единичных химических источников тока, соединенных в единую электрическую цепь, имеющую клеммы для подключения внешних устройств, нагревательные элементы, по крайней мере один термодатчик, блок управления с коммутатором, осуществляющим подключение или отключение нагревательных элементов к внешнему источнику электропитания, отличающаяся тем, что блок управления с помощью коммутатора осуществляет подключение или отключение нагревательных элементов к электрической цепи из единичных химических источников тока или модулей из нескольких единичных химических источников тока.

2. Батарея химических источников тока по п.1, отличающаяся тем, что в зависимости от измеряемой термодатчиком температуры нагревательные элементы соединяются между собой по последовательной, параллельной, параллельно-последовательной или последовательно-параллельной схеме.

3. Батарея химических источников тока по п.1, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены на базе углеродных волокнистых материалов.

4. Батарея химических источников тока по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что нагревательные элементы установлены между единичными химическими источниками тока или модулями из нескольких единичных химических источников тока.

5. Батарея химических источников тока по п.1, отличающаяся тем, что в цепи для подключения внешних устройств имеется ключевой элемент.

6. Батарея химических источников тока по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет дополнительный слой из теплоизоляционного материала.

7. Батарея химических источников тока по п.1, отличающаяся тем, что блок управления имеет, по крайней мере, один микроконтроллер.