RU2457586C1 - Тепловая батарея - Google Patents
Тепловая батарея Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457586C1 RU2457586C1 RU2011126810/07A RU2011126810A RU2457586C1 RU 2457586 C1 RU2457586 C1 RU 2457586C1 RU 2011126810/07 A RU2011126810/07 A RU 2011126810/07A RU 2011126810 A RU2011126810 A RU 2011126810A RU 2457586 C1 RU2457586 C1 RU 2457586C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- current
- blocks
- battery
- tcit
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в источниках электропитания как средств управления, так и активного питания силовых электрических агрегатов. Согласно изобретению тепловая батарея содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами, от двух и более электрически соединенных параллельно, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне блоков элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами. Батарея содержит центральные катодный и анодный токоотводы, охватывающие центральный изолированный стержень и зафиксированные на соответствующих токосъемах внешних токовыводов и токосъемах блока элементов термоактивируемых химических источников тока, наиболее удаленного от внешних токовыводов, а также поджимные элементы блоков. Техническим результатом является повышение удельных электрических параметров (мощности и энергоемкости) тепловой батареи ТХИТ, предотвращение ослабления электрического контакта между элементами блока и исключении возникновения пробойных мест и электромагнитных шумов. 1. з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в источниках электропитания как средств управления, так и активного питания силовых электрических агрегатов.
Известна тепловая батарея элементов ТХИТ (Патент РФ 2369944, опубл. 10.10.2009 г., бюл. №28) [1]. Согласно изобретению тепловая батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией. При этом блок элементов ТХИТ данной батареи размещен вдоль вертикальной оси корпуса, поджат в осевом направлении с заданным усилием расчетного количества упругих элементов с возможностью регулирования величины этого усилия посредством резьбового элемента. Требуемое напряжение в известном решении обеспечивается путем последовательного соединения элементов ТХИТ в заданном количестве. Однако подобное соединение не позволяет получать повышенные показатели энергоемкости и мощности. Кроме того, под воздействием высоких рабочих температур упругие элементы известной батареи теряют свои упругие свойства и не развивают требуемые усилия поджима. Это может стать причиной ослабления контакта элементов ТХИТ, возникновения пробойных мест и электромагнитных шумов в тепловой батарее, и, как следствие, значительного снижения надежности ее работы.
Известна тепловая батарея элементов ТХИТ (Патент на полезную модель РФ 50718, опубл. 20.10.2006 г.) [2], содержащая корпус с внешними токовыводами и термоизоляцией, внутри которого на центральном изолированном стягивающем стержне размещен блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из катода, электролита, анода и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами. Известная батарея снабжена центральным трубчатым токоотводом, который охватывает изолированный стержень, отделен от блока элементов изоляционной трубкой и зафиксирован на электродном токосъеме внешнего токовывода и токосъеме элемента ТХИТ, наиболее удаленного от внешних токовыводов. Возможности увеличения электрических характеристик батареи элементов ТХИТ, основанной на известном решении, ограничены. Существенные ограничения на использование источника тока накладывает высота батареи, влияющая на снижение прочности блока элементов при боковом механическом воздействии. Кроме того, отсутствие поджатия блока элементов ТХИТ в осевом направлении снижает надежность работы батареи: возникает вероятность ослабления электрического контакта между элементами блока, приводящего к неустойчивости работы устройства.
Известна тепловая батарея блоков элементов ТХИТ (Technical Guide and Catalog of Thermal Batteries by Eagle Picher LLC, №EAP - 12211) [3], содержащая два отдельных, соединенных посредством сварки корпуса, каждый из которых содержит блок последовательно соединенных элементов ТХИТ, нагревательные элементы и токовыводы. При этом параллельное электрическое соединение блоков элементов ТХИТ осуществляется снаружи корпусов посредством перемычек. Известное решение позволяет повысить энергоемкость и мощность устройства, однако его габариты при этом существенно увеличены, что приводит к значительному снижению удельных электрических характеристик батареи. Кроме того, под воздействием вращательных нагрузок снижается устойчивость известной батареи, возникает дисбаланс, а воздействие центробежных сил может привести к обрыву электрического соединения блоков элементов ТХИТ.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке тепловой батареи блоков элементов ТХИТ, обладающей повышенными удельными электрическими характеристиками и характеризующейся более высокой надежностью работы.
Поставленная задача решается тем, что тепловая батарея содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами и от двух и более электрически соединенных параллельно, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами. Кроме того, батарея содержит центральные катодный и анодный токоотводы, охватывающие центральный изолированный стержень и зафиксированные на соответствующих токосъемах внешних токовыводов и токосъемах блока элементов термоактивируемых химических источников тока, наиболее удаленного от внешних токовыводов, а также поджимные элементы блоков. При этом поджимные элементы блоков выполнены в виде герметичных сильфонов с внутренними упорами.
Повышение электрических характеристик тепловой батареи исключительно увеличением числа элементов ТХИТ, как в [1] - неэффективно, поскольку последовательное электрическое соединение не позволяет увеличить токовую характеристику в виду того, что при таком соединении элементов сила тока в любых частях цепи одна и та же: I=I1=I2…=In (1). При этом параллельное электрическое соединение элементов ТХИТ, при котором сила тока равна сумме сил токов отдельных параллельно соединенных элементов: I=I1+I2+..+In (2), представляется нецелесообразным, поскольку его организация требует дополнительного пространства для размещения перемычек между элементами ТХИТ, что значительно увеличило бы габариты батареи и снизило ее удельные электрические характеристики.
Однако размещение в едином корпусе от двух и более электрически соединенных параллельно блоков элементов ТХИТ позволяет эффективно решить обозначенную задачу. В заявленном решении батарея содержит от двух и более блоков элементов ТХИТ, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне. При этом катодный и анодный токоотводы, зафиксированные на соответствующих токосъемах внешних токовыводов и токосъемах блока элементов термоактивируемых химических источников тока, наиболее удаленного от внешних токовыводов, обеспечивают параллельное электрическое соединение указанных блоков. И притом что, как следует из выражения (2), при параллельном соединении токовая характеристика увеличивается, компактное размещение в едином корпусе блоков элементов ТХИТ исключает применение дополнительных конструкционных материалов для каждого блока (отдельного корпуса, токовыводов и др.). Таким образом, увеличиваются и удельные электрические характеристики тепловой батареи. Кроме того, заявленная конструкция предусматривает минимизацию высоты самих элементов ТХИТ, а следовательно, и увеличение их общей рабочей площади и суммарных электрических характеристик.
Для компенсации изменений объема элементов ТХИТ при работе тепловой батареи, заявленная конструкция содержит поджимные элементы блоков. Указанные элементы выполнены в виде герметичных сильфонов с внутренними упорами, обеспечивающих необходимый объем для рабочего тела (инертного газа) при сборке батареи. При нагревании тепловой батареи газ, находящийся внутри поджимного элемента блока, расширяется и раздвигает его плоскости, которые поджимают изменившиеся в объеме блоки элементов ТХИТ. Компенсация изменений объема блоков элементов ТХИТ предотвращает ослабление электрического контакта между элементами блока и исключает возникновение пробойных мест и электромагнитных шумов. При этом важным является конструктивное решение поджимного элемента блока: его выполнение в виде герметичного сильфона с внутренними упорами обеспечивает сохранение упругих свойств элемента при воздействии высоких рабочих температур и поддержание требуемого усилия поджима. Кроме того, наличие внутренних упоров в поджимном элементе блока исключает осевое смещение блоков элементов ТХИТ под воздействием ударных нагрузок.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении удельных электрических параметров (мощности и энергоемкости) тепловой батареи ТХИТ за счет компактного размещения блоков элементов в едином корпусе при обеспечении их параллельного электрического соединения, а также в предотвращении ослабления электрического контакта между элементами блока и исключении возникновения пробойных мест и электромагнитных шумов.
Принципиальная схема тепловой батареи приведена на чертеже.
Тепловая батарея содержит корпус с термоизоляцией и системой электровоспламенителей (не указаны), в центре которого закреплен стержень 1 с изоляционным покрытием 2. На стержне 1 размещены расположенные друг за другом блоки (первый, второй, третий, n-1, n - 3, 4, 5, 6, 7 соответственно) элементов термоактивируемых химических источников тока 8. Каждый из элементов ТХИТ 8 состоит из катода, электролита и анода (не указаны) и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами 9. Блоки 3 и 7 снабжены отдельными положительными токосъемами 10 и 11 соответственно, все остальные блоки элементов ТХИТ попарно снабжены общими положительными токосъемами: 12 - для блоков 4 и 5, 13 - для блоков n-2 (не указан) и 6. При этом блоки 3, 4, 5, 6, 7 снабжены попарно общими отрицательными токосъемами: 14 - для блоков 3, 4; 15 - для блоков 5 и последующего четвертого блока элементов ТХИТ (не указан); 16 - для блоков 6, 7. Отрицательный токоотвод 17 зафиксирован на катодном токосъеме 18 и токосъеме 16 посредством обжима, завальцовки или сварки, а положительный токоотвод 19 - на анодном токосъеме 20 и токосъеме 11. При этом токоотводы 17, 19, изолированы посредством электроизоляционной сборки 21, а токосъемы 18, 20 - посредством электроизоляционных дисков 22. Внешний отрицательный токовывод 23 и положительный токовывод 24 закреплены на корпусе и соответственно на катодном токосъеме 18 и анодном токосъеме 20. Поджимные элементы блоков 25 могут быть расположены между каждыми блоками элементов батареи, в начале и конце сборки блоков элементов, или по-другому. В данном примере блок 5 и каждые следующие за ним третьи по порядку по отношению к внешним токовыводам блоки элементов ТХИТ (не указаны), а также блок 7 поджимаются в осевом направлении посредством поджимных элементов блоков 25, блоки 3 и 7 при этом стянуты поджимными гайками 26.
При срабатывании внешнего инициирующего устройства импульс тока подается на мостик электровоспламенителей, что дает форс пламени, воспламеняющий пиронагреватели 9. Это обеспечивает нагрев блоков элементов ТХИТ 3, 4, 5, 6, 7 до рабочей температуры и электрическую связь между ними. При нагревании тепловой батареи газ, находящийся внутри поджимных элементов блоков 25, расширяется и раздвигает его плоскости, которые поджимают изменившиеся в объеме блоки 3, 4, 5, 6, 7, уплотняя сборку. Снятие электрической емкости производится с помощью внешних токовыводов 23, 24.
Заявленная тепловая батарея реализована в лабораторных условиях в виде опытного образца, содержащего два блока элементов ТХИТ, характеристики которых (массы, рабочего объема, удельной мощности и др.) идентичны элементам батареи ТХИТ, изготовленной по решению [2]. Испытания проведены в одинаковых условиях на автоматизированном стенде, с установленными электрическими параметрами разряда для каждого типа батареи. В таблице приведены полученные показатели эксперимента.
Из таблицы видно, что при незначительном увеличении массы и высоты заявленной тепловой батареи в 1,4 раза увеличились показатели удельной мощности и энергоемкости, и в 2 раза - ток разряда.
Конкретные электрические показатели (энергоемкость, мощность) тепловой батареи задаются требуемым количеством блоков элементов ТХИТ. При этом их параллельное соединение в едином корпусе позволяет достигать неизменно высоких удельных электрических показателей за счет увеличения токовой характеристики в компактном объеме корпуса без применения дополнительных конструкционных материалов. Высокая надежность работы тепловой батареи даже при большом количестве блоков элементов ТХИТ обеспечивается поджимными элементами блоков, количество которых соответствует заданному количеству блоков элементов ТХИТ.
| Таблица | ||
| ТЕПЛОВАЯ БАТАРЕЯ | ||
| Значение показателей предлагаемой батареи | ||
| Наименование показателей | Значение показателей батареи [2] | |
| Ток разряда, А | 30 | 15 |
| Напряжение, В | 24-30 | 24-30 |
| Количество элементов ТХИТ, шт. | ||
| 30 | 15 | |
| Время работы, с | 350 | 350 |
| Высота, мм | 160 | 115 |
| Диаметр, мм | 50 | 50 |
| Масса ТБ, кг | 0,7 | 0,5 |
| Удельная мощность, кВт/кг | ||
| 1,2 | 0,84 | |
| Удельная энергоемкость, Вт ч/кг | ||
| 80 | 56 | |
Claims (2)
1. Тепловая батарея, содержащая корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами, от двух и более электрически соединенных параллельно, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, а также центральные катодный и анодный токоотводы, охватывающие центральный изолированный стержень и зафиксированные на соответствующих токосъемах внешних токовыводов и токосъемах блока элементов термоактивируемых химических источников тока, наиболее удаленного от внешних токовыводов, а также поджимные элементы блоков.
2. Батарея по п.1, характеризующаяся тем, что поджимные элементы блоков выполнены в виде герметичных сильфонов с внутренними упорами.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011126810/07A RU2457586C1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Тепловая батарея |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011126810/07A RU2457586C1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Тепловая батарея |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457586C1 true RU2457586C1 (ru) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011126810/07A RU2457586C1 (ru) | 2011-06-29 | 2011-06-29 | Тепловая батарея |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457586C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573860C1 (ru) * | 2014-10-31 | 2016-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея элементов тепловых химических источников тока |
| RU2706728C1 (ru) * | 2019-07-19 | 2019-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея элементов тепловых химических источников тока |
| RU2717089C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-03-18 | Акционерное общество "Энергия" | Тепловой химический источник тока |
| CN112490512A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-12 | 惠州市恒泰科技股份有限公司 | 并联化成装置、并联化成设备以及锂离子电池 |
| RU211610U1 (ru) * | 2022-03-14 | 2022-06-15 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Тепловой химический источник тока |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535037A (en) * | 1984-11-23 | 1985-08-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Lithium-boron anodes in nitrate thermal battery cells |
| US5770329A (en) * | 1997-01-21 | 1998-06-23 | Northrop Grumman Corporation | Thermal battery and improved cell therefor |
| RU50718U1 (ru) * | 2005-07-25 | 2006-01-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук | Тепловая батарея |
| RU2369944C2 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-10-10 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Тепловая батарея |
-
2011
- 2011-06-29 RU RU2011126810/07A patent/RU2457586C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535037A (en) * | 1984-11-23 | 1985-08-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Lithium-boron anodes in nitrate thermal battery cells |
| US5770329A (en) * | 1997-01-21 | 1998-06-23 | Northrop Grumman Corporation | Thermal battery and improved cell therefor |
| RU50718U1 (ru) * | 2005-07-25 | 2006-01-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук | Тепловая батарея |
| RU2369944C2 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-10-10 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Тепловая батарея |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573860C1 (ru) * | 2014-10-31 | 2016-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея элементов тепловых химических источников тока |
| RU2706728C1 (ru) * | 2019-07-19 | 2019-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея элементов тепловых химических источников тока |
| RU2717089C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-03-18 | Акционерное общество "Энергия" | Тепловой химический источник тока |
| CN112490512A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-12 | 惠州市恒泰科技股份有限公司 | 并联化成装置、并联化成设备以及锂离子电池 |
| RU211610U1 (ru) * | 2022-03-14 | 2022-06-15 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Тепловой химический источник тока |
| RU216362U1 (ru) * | 2022-04-19 | 2023-01-31 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Тепловой химический источник тока |
| RU218024U1 (ru) * | 2023-02-15 | 2023-05-02 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Тепловой химический источник тока |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2457586C1 (ru) | Тепловая батарея | |
| CN102104167A (zh) | 具有内部串联式结构的电池组及其制作方法 | |
| US10700364B2 (en) | Solid-state reserve battery activated by compression | |
| CN216285625U (zh) | 一种电池模组热失控测试装置和测试系统 | |
| WO2011093638A3 (ko) | 대용량의 전지팩 | |
| CN115461909A (zh) | 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置 | |
| CN207530046U (zh) | 一种热电池用耐高温高压绝缘电池盖组件 | |
| CN107706470A (zh) | 一种原位光学观察固态电池界面测试装置 | |
| US20130011723A1 (en) | Energy storage case and energy storage including the same | |
| CN110416058B (zh) | 一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法 | |
| CN101793485B (zh) | 无电枢爆磁压缩发生器 | |
| RU2508580C1 (ru) | Тепловой химический источник тока | |
| CN106684402B (zh) | 微小型热电池激活装置 | |
| CN202167563U (zh) | 一种圆柱型锂离子动力电池 | |
| CN207883831U (zh) | 一种柱形电池 | |
| CN206673029U (zh) | 一种微小型热电池激活装置 | |
| RU2061984C1 (ru) | Термоэлектрохимический генератор | |
| CN107994254A (zh) | 柱形电池 | |
| RU2628567C1 (ru) | Химический источник тока | |
| RU2573860C1 (ru) | Батарея элементов тепловых химических источников тока | |
| KR20120069469A (ko) | ＮａＳ 전지 및 그의 제조 방법 | |
| RU2717089C1 (ru) | Тепловой химический источник тока | |
| RU2507641C1 (ru) | Ампульный химический источник тока | |
| RU210951U1 (ru) | Тепловой химический источник тока | |
| CN113484782A (zh) | 一种测试用夹具及测试系统和方法 |