Первичная литиевая батарея
Полезная модель относится к устройству электрических батарей, используемых в качестве источника энергии для питания различных объектов, например, в диагностической аппаратуре внутритрубных дефектоскопов нефте- и газопроводов. Батарея содержит корпус с токовыводами, термопредохранителем и, по меньшей мере, двумя параллельно соединенными электрическими цепями, включающими первичные литиевые элементы с параллельно соединенными с каждым из них диодом и последовательно включенным в каждую цепь защитным диодом. Батарея имеет контрольные выводы, например, по числу элементов, каждый из которых соединен с соответствующей ему цепью преимущественно через высокоомный резистор в точке между последним элементом цепи и последовательно включенным диодом. Технический результат полезной модели состоит в повышении ее эксплуатационных свойств.
Полезная модель относится к первичным литиевым батареям, применяемым в диагностической аппаратуре внутритрубных дефектоскопов нефте- и газопроводов, и может быть использована в качестве источника энергии для питания различных объектов.
Известны литиевые батареи разработки ОКТБ «Орион», г.Новочеркасск (Тезисы докладов II Совещания по литиевым источникам тока, Саратов, 1992, стр.10), содержащие корпус, токовыводы, электрические цепи из первичных литиевых элементов электрохимической системы тионилхлорид-литий типоразмеров ER14, ER20. Для повышения взрывобезопасности батарей каждый элемент снабжен параллельно включенным диодом, предохраняющим элемент от глубокого переразряда. Последний возможен вследствие различия емкостей (энергии) элементов. Для предотвращения заряда батареи и отдельных цепей от встречного напряжения цепи снабжены диодной защитой - последовательно включенным в каждую цепь диодом.
Известны также литиевые батареи типа 4ER6S, 4ER14S и 4ER20S разработки НКТБХИТ, г.Новочеркасск (Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики. Материалы IV международной конференции 21-23 июня 1999 года. Саратов, 1999, стр.50-51), представляющие собой пластмассовый корпус с расположенными в нем литиевыми элементами, соединенными в электрические цепи. Для предотвращения возможного заряда в каждой из цепей имеется последовательно включенный диод. Кроме этого, каждый элемент имеет параллельно подключенный диод для предотвращения переразряда. Батарея снабжена также термопредохранителем в виде плавкой вставки для защиты батареи от короткого замыкания.
Невозможность подбора в батарею элементов с одинаковой емкостью (энергией) приводит к значительному разбросу емкости (энергии) самой
батареи, в результате чего при эксплуатации возможны случаи преждевременного выключения отдельных цепей и батареи в целом.
Кроме этого, при изготовлении батареи в процессе монтажа (коммутации) элементов и электрических цепей возможны случаи неправильного или некачественного электрического соединения (недостаточная пропайка проводов и т.д.), в результате чего энергетические характеристики батареи не соответствуют расчетным.
Также недостатком вышеуказанных устройств является невозможность контроля параметров отдельных цепей при их параллельном соединении в батарею, так как напряжение на токовыводах в батарее будет компромиссным или максимальным. По этой же причине невозможен объективный контроль параметров отдельных цепей и всей батареи в процессе ее эксплуатации, когда одна или несколько цепей выходят из строя, так как на токовыводах батареи под нагрузкой регистрируется только напряжение работающих цепей.
Технический результат предложенной полезной модели состоит в повышении эксплуатационных свойств батареи путем устранения вышеназванных недостатков.
Первичная литиевая батарея содержит корпус с токовыводами, термопредохранителем и, по крайней мере, двумя параллельно соединенными с токовыводами через термопредохранитель электрическими цепями, состоящими из первичных литиевых элементов, каждый из которых имеет параллельно соединенный с ним диод. Каждая электрическая цепь имеет защитное средство в виде последовательно включенного в нее диода. Отличительной особенностью предложенной батареи является то, что она имеет контрольные выводы, каждый из которых соединен с одной соответствующей ему цепью в точке, расположенной между последним перед положительным токовыводом первичным литиевым элементом цепи и последовательно включенным в цепь диодом.
Благодаря этому из замера исключается падение напряжения на диоде, особенно, когда цепи находятся под нагрузкой и падение напряжения на диоде достигает 0,5-0,8 В.
Для повышения безопасности работы батареи и возможности использования любого измерительного прибора (с любым, даже малым входным сопротивлением), контрольные выводы могут быть соединены с соответствующими электрическими цепями через высокоомные резисторы (5-100 кОм), за счет чего при измерении напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) протекающий через цепь ток незначителен и значение НРЦ близко к расчетному.
Количество указанных контрольных выводов может быть выполнено соответствующим количеству первичных литиевых элементов, при этом каждый дополнительный контрольный вывод соединен с положительным выводом одного из этих элементов (соответствующего первичного литиевого элемента).
Полезная модель поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображена принципиальная электрическая схема литиевой батареи; на фиг.2 - вариант схемы по фиг.1.
Изображенная на фиг.1 электрическая схема литиевой батареи включает параллельно соединенные электрические цепи 1, 2, 3, каждая из которых состоит из первичных литиевых элементов 4 с параллельно соединенным с каждым из этих элементов диодом 5. В каждую электрическую цепь последовательно включен диод 6. Кроме того цепь содержит токовыводы 7 и термопредохранитель 8. В соответствии с предложенным решением с каждой электрической цепью, например, цепью 1 в точке 9, расположенной между последним элементом 4 перед положительным токовыводом 7 в цепи и диодом 6, соединен через резистор 10 контрольный вывод 11. Соответственно в цепи 2 это контрольный вывод 12 и резистор 13, а в цепи 3 - контрольный вывод 14 и резистор 15.
На фиг.2 представлен вариант схемы по фиг.1, при котором число контрольных выводов: 11; 111; 112 ; 12; 121; 122 соответствует числу первичных литиевых элементов кроме последних, при этом каждый из них соединен с положительным выводом соответствующего первичного литиевого элемента.
Каждый вывод 11 i и 12i соединен с соответствующей электрической цепью через высокоомные резисторы: 10; 10 1; 102; 13; 131 ; 132.
Контрольные выводы могут быть выполнены в виде отдельных штырьков (гнезд) непосредственно в корпусе батареи, либо объединены в едином соединителе, который монтируется на батарее.
Замер НРЦ отдельных цепей или их напряжения под нагрузкой при проверке работоспособности батареи или в процессе эксплуатации проводится подключением одного провода измерительного прибора (вольтметра) к отрицательному полюсу (токовыводу) батареи, а другого провода прибора - поочередно к каждому контрольному выводу.
Снабжение батареи контрольными выводами позволяет проводить диагностику на любом этапе ее жизненного цикла: от изготовления до утилизации. Кроме этого, появляется возможность в процессе эксплуатации постоянно контролировать НРЦ или напряжение отдельных цепей, и по этим значениям прогнозировать ресурс батареи и ее текущее техническое состояние, что особенно важно, если батарея используется в качестве единственного источника питания в автономной аппаратуре. Наличие текущих данных о состоянии цепей позволяет оперативно принимать решения по дальнейшей эксплуатации батареи с предотвращением преждевременного выхода из строя, что в свою очередь предохраняет электронную аппаратуру и обеспечивает выполнение поставленной технической задачи.
В качестве первичных литиевых элементов могут быть использованы любые литиевые источники тока, например, элементы электрохимических
систем тионилхлорид-литий, сульфурилхлорид-литий, двуокись марганца - литий, пятиокись ванадия - литий и т.п.
Предлагаемая батарея прошла экспериментальную опробацию.
1. Первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, две параллельно соединенные с токовыводами через термопредохранитель электрические цепи, состоящие из первичных литиевых элементов, каждый из которых имеет параллельно соединенный с ним диод, при этом каждая электрическая цепь имеет защитное средство в виде последовательно включенного в нее диода, отличающаяся тем, что она имеет контрольные выводы, каждый из которых соединен с одной соответствующей цепью в точке, расположенной между последним первичным литиевым элементом цепи и последовательно включенным диодом.
2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что каждый контрольный вывод соединен с соответствующей электрической цепью через высокоомный резистор.
3. Батарея по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными контрольными выводами по числу остальных первичных литиевых элементов, кроме последних, а каждый из дополнительных контрольных выводов соединен с положительным выводом соответствующего первичного литиевого элемента.
