[go: up one dir, main page]

RU2543069C2 - Tiny thermal lithium current source - Google Patents

Tiny thermal lithium current source Download PDF

Info

Publication number
RU2543069C2
RU2543069C2 RU2013111413/07A RU2013111413A RU2543069C2 RU 2543069 C2 RU2543069 C2 RU 2543069C2 RU 2013111413/07 A RU2013111413/07 A RU 2013111413/07A RU 2013111413 A RU2013111413 A RU 2013111413A RU 2543069 C2 RU2543069 C2 RU 2543069C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pyrotechnic
block
current source
anode
electrochemical elements
Prior art date
Application number
RU2013111413/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013111413A (en
Inventor
Владимир Александрович Архипенко
Владимир Михайлович Иванов
Михаил Вениаминович Каменцев
Валентин Иванович Кондратенков
Марк Юрьевич Нахшин
Борис Валентинович Иванов
Анатолий Григорьевич Денискин
Александр Николаевич Грачиков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Энергия"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Энергия" filed Critical Открытое акционерное общество "Энергия"
Priority to RU2013111413/07A priority Critical patent/RU2543069C2/en
Publication of RU2013111413A publication Critical patent/RU2013111413A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2543069C2 publication Critical patent/RU2543069C2/en

Links

Landscapes

  • Primary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the electric industry and can be used in production of thermal chemical lithium current sources. According to the invention along the lateral surface of the unit of electrochemical elements the ultrathin pyrotechnic heater is laid, and between anodic and pyrotechnic tablets of the unit of electrochemical elements the heat-retaining conductive disks with the diameter equal to the diameter of the unit of electrochemical elements, and with the thickness, amounting 0.25-0.35 from the thickness of the anode tablet are installed.
EFFECT: development of the tiny thermal lithium current source which is characterised by comparability of thickness and diameter of details of the unit of electrochemical elements.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.The invention relates to the electrical industry and can be used in the production of thermal chemical current sources.

Разработка миниатюрных тепловых источников тока связано с необходимостью решения технологических и теплофизических проблем, диктуемых их малыми размерами.The development of miniature thermal current sources is associated with the need to solve technological and thermophysical problems dictated by their small size.

Технологические проблемы заключаются в обеспечении возможности получения миниатюрных анодных, электролитных и катодных таблеток, отличающихся незначительной массой, малыми габаритами, химической агрессивностью, сложностью осуществления коммутации электрических цепей и сборочных работ. При этом все операции изготовления деталей должны проводиться в осушенной среде.Technological problems consist in providing the possibility of obtaining miniature anode, electrolyte and cathode tablets, characterized by low weight, small dimensions, chemical aggressiveness, the difficulty of switching electrical circuits and assembly work. In this case, all operations of the manufacture of parts should be carried out in a dried environment.

Теплофизические проблемы связаны с необходимостью поддержания требуемого для работы уровня температур при достаточно продолжительном времени работы с сохранением удельной энергоемкости и разряда большими плотностями тока (≥2 A/см2). Задача усложняется из-за неподдающихся тепловым расчетам потерь тепла при эксплуатации объектов, питаемых тепловыми источниками тока. Особенно это касается миниатюрных источников тока.Thermophysical problems are associated with the need to maintain the temperature level required for operation with a sufficiently long operating time while maintaining the specific energy consumption and discharge at high current densities (≥2 A / cm 2 ). The task is complicated due to heat losses that are not amenable to thermal calculations during the operation of facilities powered by thermal current sources. This is especially true for miniature current sources.

Известен тепловой литиевый источник тока [Патент JP №2808652, кл. H01M 6/36, заявл. 24.04.1989 г., опубл. 08.10.1998 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок электрохимических элементов, состоящий из последовательно расположенных анодных, электролитных, катодных и пиротехнических таблеток, по боковой поверхности блока диаметрально установлены узкие пиротехнические полосы, передающие огневой импульс от запального устройства, расположенного в основании блока элементов, на пиротехнические таблетки. По боковой поверхности блока и по его торцам установлена теплоизоляция.Known thermal lithium current source [JP Patent No. 2808652, class. H01M 6/36 claimed 04.24.1989, publ. 10/08/1998], containing a block of electrochemical elements placed in a housing and sealed by a lid, consisting of sequentially arranged anode, electrolyte, cathode and pyrotechnic tablets, narrow pyrotechnic strips diametrically installed on the side surface of the block transmitting a fire pulse from an ignition device located in the basis of the block of elements on pyrotechnic tablets. Thermal insulation is installed on the side surface of the block and at its ends.

Принципы конструирования, использованные в этом источнике тока, пригодны для источников тока больших габаритов и не могут быть применены при конструировании миниатюрных источников тока, так как даже при решении технологических проблем остаются наиболее трудные вопросы, связанные с обеспечением и поддержанием рабочей температуры в течение достаточно продолжительного времени.The design principles used in this current source are suitable for large-sized current sources and cannot be applied in the design of miniature current sources, since even when solving technological problems, the most difficult questions remain related to ensuring and maintaining the operating temperature for a sufficiently long time .

Наиболее близким по технической сущности является тепловой источник тока [Патент RU №2408113 C1, кл. H01M 6/36, 14.12.2009 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок электрохимических элементов, набранный из последовательно расположенных анодных, электролитных, катодных и пиротехнических таблеток, боковая поверхность блока покрыта теплоизоляцией и окружена пиротехническим элементом, по торцам блока установлены теплоизоляционные прокладки.The closest in technical essence is a thermal current source [Patent RU No. 2408113 C1, cl. H01M 6/36, 12/14/2009], containing a block of electrochemical elements placed in a housing and sealed by a lid, assembled from sequentially arranged anode, electrolyte, cathode and pyrotechnic tablets, the side surface of the block is covered with thermal insulation and surrounded by a pyrotechnic element, the ends of the block are installed thermal insulation pads.

Недостатком известного источника тока являются большие габаритные размеры, что не позволяет использовать его для питания малогабаритных потребителей электрической энергии.A disadvantage of the known current source is the large overall dimensions, which does not allow it to be used to power small-sized consumers of electric energy.

Конструктивные решения, использованные в нем, неприемлемы для миниатюрных источников тока, поскольку пиротехнический элемент, обеспечивающий подвод дополнительного тепла к блоку электрохимических элементов и тем самым увеличивающий продолжительность работы источника тока, имеет большие размеры. К тому же от блока электрохимических элементов он отделен теплоизоляцией, для прогрева которой также необходимо тепло, и эта теплоизоляция занимает значительный объем.The design solutions used in it are unacceptable for miniature current sources, since the pyrotechnic element, which provides the supply of additional heat to the block of electrochemical elements and thereby increases the duration of the current source, is large. In addition, it is separated from the block of electrochemical elements by thermal insulation, which also requires heat to warm up, and this thermal insulation occupies a significant amount.

Целью предлагаемого технического решения является разработка миниатюрного теплового источника тока с литийсодержащим анодом при сохранении удельных характеристик, достигнутых для крупногабаритных источников тока.The aim of the proposed technical solution is to develop a miniature thermal current source with a lithium-containing anode while maintaining the specific characteristics achieved for large current sources.

С этой целью предлагается миниатюрный тепловой литиевый источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок электрохимических элементов, набранный из последовательно расположенных анодных, электролитных, катодных и пиротехнических таблеток, боковая поверхность блока покрыта теплоизоляцией и окружена пиротехническим элементом, получающим огневой импульс от запального устройства, в торцевых частях установлены теплоизоляционные прокладки, отличающийся тем, что пиротехнический элемент выполнен в виде ультратонкой пиротехнической ленточной полосы, плотно облегающей боковую поверхность блока электрохимических элементов, между анодными и пиротехническими таблетками установлены теплоаккумулирующие электропроводящие диски диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов и толщиной, составляющей 0,25-0,35 от толщины анодной таблетки.For this purpose, a miniature thermal lithium current source is proposed, comprising a block of electrochemical elements placed in a housing and sealed by a lid, assembled from sequentially arranged anode, electrolyte, cathode and pyrotechnic tablets, the side surface of the block is covered with thermal insulation and surrounded by a pyrotechnic element receiving a fire pulse from the ignition device , in the end parts of the installed heat-insulating gaskets, characterized in that the pyrotechnic element is made in the form of ultra atonkoy pyrotechnic strip tape tightly fitting the side surface of the block electrochemical cells, and between the anode pyrotechnic pill installed heat storage disks conductive diameter equal to the block thickness and electrochemical cells, 0.25-0.35 component on the thickness of the anode tablets.

В предложенном источнике тока с целью минимизации конструкции электрохимические элементы получают тепло, необходимое для разогрева до рабочих температур как от сгорания пиротехнических таблеток, установленных между электрохимическими элементами, так и от пиротехнической ленточной полосы, охватывающей боковую поверхность блока элементов. Однако для разогрева электрохимических элементов до рабочих температур достаточно тепла, выделяемого пиротехническими таблетками. Поэтому в момент прохождения вдоль блока элементов фронта горения пиротехнической ленточной полосы температура боковой поверхности анода превысит температуру его плавления. В результате, активная масса литиевого анода расплавится и вытечет на периметр блока элементов, приводя к короткому замыканию электрохимических элементов. Процесс усугубляется из-за соизмеримости толщины и диаметра деталей электрохимического элемента, из-за чего скорость горения пиротехнической таблетки по диаметру блока элементов сопоставима с его временем прогрева.In the proposed current source, in order to minimize the design, the electrochemical cells receive the heat necessary for heating to operating temperatures both from the combustion of pyrotechnic tablets installed between the electrochemical cells, and from the pyrotechnic tape strip covering the side surface of the cell block. However, to heat the electrochemical cells to operating temperatures, the heat generated by the pyrotechnic tablets is sufficient. Therefore, at the time of passing along the block of elements of the combustion front of the pyrotechnic strip strip, the temperature of the side surface of the anode will exceed its melting temperature. As a result, the active mass of the lithium anode will melt and leak onto the perimeter of the cell block, resulting in a short circuit of the electrochemical cells. The process is aggravated due to the commensurability of the thickness and diameter of the parts of the electrochemical element, because of which the burning rate of the pyrotechnic tablet in diameter of the block of elements is comparable with its heating time.

Положительный эффект, в части исключения расплавления анодной таблетки, был получен при установке между анодной и пиротехнической таблетками теплоаккумулирующих электропроводящих дисков. Благодаря высокой теплопроводности и хорошему тепловому контакту с анодом за счет поджатия блока элементов, диски в первоначальный момент работы источника тока мгновенно аккумулируют тепло, идущее на анодную таблетку, предотвращая ее расплавление. В дальнейшем тепло от дисков поступает в блок электрохимических элементов, увеличивая продолжительность работы источника тока. Высокая теплопроводность материала дисков обеспечивает выравнивание температурного поля по диаметру блока элементов, что особенно важно для устойчивой работы блока элементов, набранного из миниатюрных деталей. Высокая теплопроводность материала дисков обеспечивает выравнивание температурного поля по диаметру блока элементов, что особенно важно для устойчивой работы блока, набранного из миниатюрных деталей. В качестве материала дисков могут быть использованы металлы и их сплавы, стойкие к литию и не подверженные коррозии при воздействии высоких температур.A positive effect, in terms of eliminating the melting of the anode tablet, was obtained by installing heat-accumulating conductive disks between the anode and pyrotechnic tablets. Due to the high thermal conductivity and good thermal contact with the anode due to the preloading of the block of elements, the disks instantly accumulate heat going to the anode tablet at the initial moment of operation of the current source, preventing its melting. Subsequently, the heat from the disks enters the block of electrochemical cells, increasing the duration of the current source. The high thermal conductivity of the disk material ensures that the temperature field is aligned with the diameter of the block of elements, which is especially important for the stable operation of the block of elements assembled from miniature parts. The high thermal conductivity of the disk material ensures that the temperature field is aligned with the diameter of the block of elements, which is especially important for the stable operation of the block, assembled from miniature parts. As the material of the disks, metals and their alloys resistant to lithium and not subject to corrosion when exposed to high temperatures can be used.

Соотношение толщины теплоаккумулирующего диска к толщине анодной таблетки определяет степень минимизации источника тока. При соотношении, меньшем чем 0,25, возможно расплавление анодной таблетки и растекание лития по блоку электрохимических элементов, при значениях, больших чем 0,35, для выравнивания теплового баланса необходимо увеличить толщину анодной таблетки. Это, в свою очередь, приведет к необходимости увеличения толщины пиротехнической таблетки, и, как следствие, к росту габаритных размеров источника тока.The ratio of the thickness of the heat storage disk to the thickness of the anode tablet determines the degree of minimization of the current source. With a ratio of less than 0.25, it is possible to melt the anode tablet and spread lithium along the block of electrochemical elements, at values greater than 0.35, to equalize the heat balance, it is necessary to increase the thickness of the anode tablet. This, in turn, will lead to the need to increase the thickness of the pyrotechnic tablet, and, as a consequence, to an increase in the overall dimensions of the current source.

Миниатюрный тепловой литиевый источник тока (Рисунок 1) состоит из помещенного в корпус 1 и герметизированного крышкой с токовыводами 2, блока электрохимических элементов 3, состоящего из анодных 4, электролитных 5, катодных 6 и пиротехнических 7 таблеток и теплоаккумулирующих электропроводящих дисков 8, проложенных между анодными и пиротехническими таблетками, боковую поверхность блока плотно облегает ультратонкая пиротехническая ленточная полоса 9, получающая огневой импульс от запального устройства 10 и покрытая с внешней стороны тонкослойной тепловой изоляцией 11. По торцам блока установлены теплоизоляционные прокладки 12.A miniature thermal lithium current source (Figure 1) consists of a block of electrochemical elements 3 placed in a housing 1 and sealed with a cover with current leads 2, consisting of anode 4, electrolyte 5, cathode 6 and pyrotechnic 7 tablets and heat-accumulating conductive disks 8, laid between the anode and pyrotechnic tablets, the side surface of the block is tightly fitted by an ultra-thin pyrotechnic tape strip 9, which receives a fire pulse from the ignition device 10 and is thinly coated on the outside Leuna thermal insulation 11. At the ends of the block insulating gasket 12 installed.

При активации источника тока форс пламени от запального устройства передается на ультратонкую пиротехническую ленточную полосу, которая, воспламеняясь, поджигает пиротехнические таблетки, находящиеся внутри блока. Таким образом, на блок электрохимических элементов воздействует тепло как от пиротехнических таблеток, так и тепло от боковой пиротехнической полосы. Источник тока выходит на рабочий режим.When the current source is activated, the force of the flame from the ignition device is transmitted to an ultrathin pyrotechnic ribbon strip, which, when ignited, ignites pyrotechnic tablets inside the unit. Thus, heat from both pyrotechnic tablets and heat from the side pyrotechnic strip affects the block of electrochemical elements. The current source is operating.

Выходные электрические характеристики, время активации и продолжительность работы определяются тепловым расчетом, включающим расчет теплового баланса системы электрохимический элемент - пиротехническая таблетка и расчет нестационарного температурного поля с учетом тепла, выделяемого пиротехнической ленточной полосой, облегающей боковую поверхность блока электрохимических элементов.The output electrical characteristics, activation time, and duration of operation are determined by thermal calculation, including the calculation of the heat balance of the electrochemical cell - pyrotechnic tablet system and the calculation of the unsteady temperature field taking into account the heat generated by the pyrotechnic tape strip surrounding the side surface of the block of electrochemical cells.

Предложенное техническое решение позволило получить источник тока внешним диаметром, не превышающим 8 мм. Высота корпуса не лимитируется и зависит, в основном, от типа запального устройства и величины требуемого напряжения.The proposed technical solution made it possible to obtain a current source with an external diameter not exceeding 8 mm. The height of the housing is not limited and depends mainly on the type of ignition device and the magnitude of the required voltage.

Claims (1)

Миниатюрный тепловой литиевый источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок электрохимических элементов, набранный из последовательно расположенных анодной, электролитных, катодных и пиротехнических таблеток, боковая поверхность блока покрыта теплоизоляцией с пиротехническим элементом, получающим огневой импульс от запального устройства, в торцевых частях установлены теплоизоляционные прокладки, отличающийся тем, что пиротехнический элемент выполнен в виде ультратонкой пиротехнический полосы, плотно облегающей боковую поверхность блока электрохимических элементов, между анодными и пиротехническими таблетками установлены теплоаккумулирующие электропроводящие диски диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов, и толщиной, составляющей 0,25-0,35 от толщины анодной таблетки. A miniature thermal lithium current source containing a block of electrochemical elements placed in a housing and sealed by a lid, assembled from sequentially arranged anode, electrolyte, cathode and pyrotechnic tablets, the side surface of the block is covered with thermal insulation with a pyrotechnic element receiving a fire pulse from the ignition device, in the end parts are installed heat-insulating gaskets, characterized in that the pyrotechnic element is made in the form of an ultra-thin pyrotechnic strip, pl with respect to the lateral surface of the block of electrochemical elements, between the anode and pyrotechnic tablets, heat-accumulating conductive disks with a diameter equal to the diameter of the block of electrochemical elements and a thickness of 0.25-0.35 of the thickness of the anode tablet are installed.
RU2013111413/07A 2013-03-14 2013-03-14 Tiny thermal lithium current source RU2543069C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111413/07A RU2543069C2 (en) 2013-03-14 2013-03-14 Tiny thermal lithium current source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111413/07A RU2543069C2 (en) 2013-03-14 2013-03-14 Tiny thermal lithium current source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013111413A RU2013111413A (en) 2014-09-20
RU2543069C2 true RU2543069C2 (en) 2015-02-27

Family

ID=51583550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013111413/07A RU2543069C2 (en) 2013-03-14 2013-03-14 Tiny thermal lithium current source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2543069C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3899353A (en) * 1974-04-02 1975-08-12 Yuasa Battery Co Ltd Thermal battery
JPH02281565A (en) * 1989-04-24 1990-11-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thermal cell
RU2091918C1 (en) * 1987-10-28 1997-09-27 Государственное научно-производственное предприятие "Квант" Electrochemical thermal battery
RU67778U1 (en) * 2007-06-18 2007-10-27 ОАО "Аккумуляторная компания "Ригель" LITHIUM ION BATTERY
RU2456716C1 (en) * 2011-06-16 2012-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" Thermal chemical current source electrode manufacture method
RU2475897C1 (en) * 2011-07-06 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Энергия" Method for manufacture of thermal insulation for thermal lithium current source

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3899353A (en) * 1974-04-02 1975-08-12 Yuasa Battery Co Ltd Thermal battery
RU2091918C1 (en) * 1987-10-28 1997-09-27 Государственное научно-производственное предприятие "Квант" Electrochemical thermal battery
JPH02281565A (en) * 1989-04-24 1990-11-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thermal cell
RU67778U1 (en) * 2007-06-18 2007-10-27 ОАО "Аккумуляторная компания "Ригель" LITHIUM ION BATTERY
RU2456716C1 (en) * 2011-06-16 2012-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" Thermal chemical current source electrode manufacture method
RU2475897C1 (en) * 2011-07-06 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Энергия" Method for manufacture of thermal insulation for thermal lithium current source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013111413A (en) 2014-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rao et al. Thermal safety and thermal management of batteries
Fang et al. Study of internal short in a Li-ion cell-II. Numerical investigation using a 3D electrochemical-thermal model
JP2015528989A (en) Battery with thermal switch
CN109088028A (en) A kind of explosion-proof lithium battery
US3099587A (en) Fuel cells
RU2508580C1 (en) Thermal chemical current source
RU2543069C2 (en) Tiny thermal lithium current source
CN208298975U (en) Low temperature lithium battery
CN209016168U (en) A kind of explosion-proof lithium battery
CN219718503U (en) Novel unidirectional heat transfer heating device, unidirectional heat transfer heating core and battery
JP6102730B2 (en) Hybrid battery system
CN210074103U (en) Safety control type energy storage monomer
CN104766999A (en) Lead-acid battery for low temperature environment
RU2573860C1 (en) Battery of elements of thermal chemical sources of current
RU2746268C1 (en) Battery of thermoactivated chemical current sources
CN204464417U (en) Electric bicycle lead-acid battery for low temperature environment
US4053690A (en) Thermal cells
CN103487761A (en) Temperature control testing device for lithium ion battery
CN208690338U (en) A kind of lithium battery overcharges protective device
RU198004U1 (en) THERMAL CHEMICAL SOURCE
CN221668388U (en) Fire-fighting early warning device applied to lithium battery
CN108054335B (en) Cylinder battery of automatic short circuit is heated
CN205211886U (en) Liquid self -balancing cooling heating device
CN216209980U (en) Cold-resistant meteorological detector
CN220774563U (en) Battery module of quick installation maintenance

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150320

BF4A Cancelling a publication of earlier date [patents]

Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED