RU2573860C1

RU2573860C1 - Battery of elements of thermal chemical sources of current

Info

Publication number: RU2573860C1
Application number: RU2014144377/02A
Authority: RU
Inventors: Валерий Вячеславович Захаров; Ольга Вячеславовна Волкова; Илья Сергеевич Проскурнев; Александр Игоревич Сергеев
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-01-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: battery comprises an inner and an outer tight shells with a cavity between them and two layers of heat insulation, which create the body, where an assembly is located from electrochemical elements alternating with heating elements. The assembly is electrically connected to the first and second outputs of the battery, the first layer of heat insulation is located between the assembly of the elements and the inner shell, and the second one - in the cavity between the shells. The body of the battery is equipped with an additional resistive heating element and a controlled switchboard. The resistive heating element is located between the inner shell and the second layer of heat insulation, outputs of the resistive heating elements are electrically connected to the outputs of the battery, and one of outputs of the resistive heating element is connected to one of outputs of the battery via the switchboard.

EFFECT: provision of reliability of battery operation for the time of operation for more than an hour.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), направлено на обеспечение поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, и может быть использовано в источниках электропитания как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to thermally activated chemical current sources (TCIT), is aimed at ensuring the maintenance of the temperature regime necessary for the discharge of TCIT elements, and can be used in power supplies for both control tools and active power supply of power electrical units .

Известна батарея элементов ТХИТ (RU 2091918, опубл. 27.09.1997 г.) [1]. Согласно изобретению эта батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролитной смеси и нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом со слоями тепло- и электроизоляции. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется введением в состав сборки элементов ТХИТ и нагревательных элементов дополнительных термоаккумулирующих таблеток, представляющих собой смесь галогенидных солей с температурой плавления, соответствующей рабочей температуре, при которой осуществляется разряд элементов ТХИТ. Однако такое решение поддержания температурного режима на длительное время (более 60 мин) требует значительное количество термоаккумулирующей смеси, что существенно снижает удельные электрические характеристики батареи элементов ТХИТ.A known battery of elements TCIT (RU 2091918, publ. 09/27/1997) [1]. According to the invention, this battery contains a block of TCIT elements, each of which consists of a calculated amount of solid layers of the anode, cathode, electrolyte mixture and heating elements bounded on the outside by a common housing with layers of heat and electrical insulation. The required condition for maintaining the temperature regime necessary for the discharge of TCIT elements is carried out by introducing into the assembly of the TCIT elements and heating elements additional thermal storage tablets, which are a mixture of halide salts with a melting temperature corresponding to the operating temperature at which the TCIT elements are discharged. However, such a solution to maintain the temperature regime for a long time (more than 60 min) requires a significant amount of thermo-accumulating mixture, which significantly reduces the specific electrical characteristics of the battery of TCIT elements.

Известна также батарея элементов ТХИТ (RU 408113, опубл. 27.12.2010)[2]. Данная батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролитной смеси и нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом со слоями тепло- и электроизоляции. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется введением в конструкцию корпуса батареи элементов ТХИТ дополнительной нагревательной втулки по периметру сборки элементов ТХИТ. Однако такое техническое решение не позволяет существенно стабилизировать температурный режим длительное время из-за того, что дополнительное количество тепла, полученное от нагревательной втулки, будет отведено из объема батареи элементов ТХИТ теплопроводностью изоляции примерно за такое же время, что и от штатных нагревательных элементов. Длительность поддержания рабочей температуры обеспечивается перегревом блока элементов ТХИТ.Also known is a battery of TCIT elements (RU 408113, publ. 12/27/2010) [2]. This battery contains a block of TCIT elements, each of which consists of the calculated amount of solid layers of the anode, cathode, electrolyte mixture and heating elements bounded on the outside by a common housing with layers of heat and electrical insulation. The required condition for maintaining the temperature regime necessary for the discharge of TCIT elements is carried out by introducing an additional heating sleeve along the perimeter of the assembly of TCIT elements into the design of the battery housing of the TCIT elements. However, this technical solution does not allow to significantly stabilize the temperature regime for a long time due to the fact that the additional amount of heat received from the heating sleeve will be removed from the battery of the TCIT elements with thermal conductivity of insulation in about the same time as from standard heating elements. The duration of maintaining the operating temperature is ensured by overheating of the block of TCIT elements.

Наиболее близкой к заявляемой относится батарея элементов ТХИТ (RU 84628, опубл. 10.07.2009) [3]. Известная батарея содержит внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположены сборка электрохимических элементов, электрически подключенные к первому и второму выводам батареи элементов ТХИТ, причем первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется конструкцией корпуса, представляющего собой герметичный сосуд с двумя стенками, между которыми находится слой изоляции с требуемыми теплоизолирующими свойствами. Однако подобное техническое решение не позволяет обеспечить поддержание температурного режима более 30 минут из-за того, что при малой толщине теплоизоляционного слоя происходит быстрый прогрев до температуры, близкой к рабочей, и, как следствие, теплоизоляция перестает работать. При большой толщине теплоизоляции последняя поглощает значительное количество тепла, что также не гарантирует стабилизацию температурного режима. Данное техническое решение относится к пассивной технологии поддержания температурного режима.Closest to the claimed is a battery of elements TCIT (RU 84628, publ. 10.07.2009) [3]. The known battery contains an inner and outer sealed enclosure with a cavity between them and two layers of thermal insulation forming a housing in which an assembly of electrochemical cells is located, electrically connected to the first and second terminals of the battery of TCIT cells, the first insulation layer being located between the assembly of cells and the inner shell, and the second - in the cavity between the shells. The required condition for maintaining the temperature regime necessary for the discharge of TCIT elements is carried out by the design of the housing, which is a sealed vessel with two walls, between which there is an insulation layer with the required heat-insulating properties. However, such a technical solution does not allow maintaining the temperature regime for more than 30 minutes due to the fact that with a small thickness of the insulating layer there is a rapid warming up to a temperature close to the working one, and, as a result, the thermal insulation ceases to work. With a large thickness of thermal insulation, the latter absorbs a significant amount of heat, which also does not guarantee stabilization of the temperature regime. This technical solution relates to passive temperature maintenance technology.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке батареи элементов ТХИТ, обеспечивающей надежность работы батареи на время эксплуатации более 1 часа.The objective of the present invention is to develop a battery of TCIT elements, ensuring the reliability of the battery for a lifetime of more than 1 hour.

Для решения поставленной задачи сконструирована батарея элементов тепловых химических источников тока, содержащая внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположена сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами, сборка электрически подключена к первому и второму выводам батареи, причем первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками, при этом корпус батареи снабжен дополнительным резистивным нагревательным элементом и управляемым коммутатором, причем резистивный нагревательный элемент расположен между внутренней оболочкой и вторым слоем теплоизоляции, выводы резистивного нагревательного элемента электрически подключены к выводам батареи, причем один из выводов резистивного нагревательного элемента подключен к одному из выводов батареи через коммутатор.To solve this problem, a battery of elements of thermal chemical current sources has been constructed, containing an internal and external sealed enclosure with a cavity between them and two layers of thermal insulation forming a housing in which an assembly of electrochemical elements alternating with heating elements is located, the assembly is electrically connected to the first and second battery terminals, the first layer of thermal insulation located between the assembly of elements and the inner shell, and the second in the cavity between the shells, while the battery pack is equipped with an additional resistive heating element and a controlled switch, with the resistive heating element located between the inner shell and the second insulation layer, the terminals of the resistive heating element are electrically connected to the battery terminals, and one of the terminals of the resistive heating element is connected to one of the battery terminals through the switch.

Резистивный нагревательный элемент и управляющий коммутатор образуют электротехнический стабилизатор температуры, который за счет использования части электрической энергии батареи элементов ТХИТ поддерживает рабочую температуру внутри корпуса батареи. Управляющий коммутатор представляет собой электронное или механическое устройство, обеспечивающее включение и прерывание электрической цепи резистивного нагревательного элемента при достижении рабочей температуры внутри корпуса батареи ТХИТ.The resistive heating element and the control switch form an electrotechnical temperature stabilizer, which, by using part of the electrical energy of the battery of TCIT elements, maintains the operating temperature inside the battery case. The control switch is an electronic or mechanical device that enables the inclusion and interruption of the electrical circuit of the resistive heating element when the operating temperature inside the battery cell is reached.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение батареи элементов ТХИТ, на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие изменение температуры во времени внутри корпуса батареи элементов ТХИТ, кривая 1 - без использования стабилизатора температуры, кривая 2 - с использованием стабилизатора температуры. В корпусе 1 размещена сборка 2 элементов заявленной батареи. Корпус 1 имеет внешнею 3 и внутреннею 4 герметичные оболочки, между которыми расположен слой 5 ячеистого теплоизоляционного материала типа ТЗМК или ВПЯМ в аргоновой атмосфере. Внутренняя оболочка 4 со стороны сборки 2 элементов батареи снабжена дополнительным контурным слоем 6 ячеистой теплоизоляции типа ТЗМК или ВПЯМ. Между оболочкой 4 и слоем теплоизоляционного материала 5 помещен резистивный нагревательный элемент 7, электрически соединенный с выводами 8 и 9 батареи элементов ТХИТ. Соединение резистивного нагревательного элемента с выводом 9 осуществляется через управляющий коммутатор 10.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a cross-section of a battery of TCIT cells; FIG. 2 - curves illustrating the change in temperature over time inside the battery cell of the TCIT elements, curve 1 - without using a temperature stabilizer, curve 2 - using a temperature stabilizer. In the housing 1 there is an assembly of 2 elements of the claimed battery. The housing 1 has an outer 3 and an inner 4 hermetic shell, between which is a layer 5 of a cellular thermal insulation material of the type TZMK or VPYAM in an argon atmosphere. The inner shell 4 from the side of the assembly of 2 battery cells is equipped with an additional contour layer 6 of cellular thermal insulation type TZMK or VPYAM. Between the shell 4 and the layer of heat-insulating material 5, a resistive heating element 7 is placed, electrically connected to the terminals 8 and 9 of the battery of TCIT elements. The connection of the resistive heating element with pin 9 is through the control switch 10.

При запуске батареи элементов ТХИТ за счет нагревательных элементов, расположенных в составе сборки элементов ТХИТ, обеспечивается температурный режим, необходимый для генерации тока. Для батарей элементов ТХИТ интервал рабочих температур находится в области от 450°С до 700°С. В дальнейшем температура внутри корпуса батареи изменяется, как показано кривой 1 фиг.2, и при снижении температуры ниже минимальной рабочей (450°С) генерация тока прекращается.When starting the battery of TCIT elements due to the heating elements located in the assembly of TCIT elements, the temperature regime necessary for generating current is ensured. For batteries of TCIT cells, the operating temperature range is from 450 ° C to 700 ° C. Subsequently, the temperature inside the battery case changes, as shown by curve 1 of FIG. 2, and when the temperature drops below the minimum operating temperature (450 ° C), the current generation stops.

При использовании стабилизатора температуры изменение температуры осуществляется, как это представлено на кривой 2 фиг. 2, что обеспечивает высокую надежность разряда элементов ТХИТ до полного использования заложенной в них электрической емкости.When using a temperature stabilizer, a temperature change is carried out, as shown in curve 2 of FIG. 2, which ensures high reliability of the discharge of TCIT elements to the full use of the electrical capacitance embedded in them.

Claims

A battery of elements of thermal chemical current sources, containing an internal and external sealed enclosure with a cavity between them and two layers of thermal insulation forming a housing in which an assembly of electrochemical elements alternating with heating elements is located, the assembly being electrically connected to the first and second terminals of the battery, the first a thermal insulation layer is located between the assembly of elements and the inner shell, and the second is in the cavity between the shells, characterized in that the battery case is equipped with an additional ezistivnym heating element and the controllable switch, wherein the resistive heating element is disposed between the inner shell and the second layer of thermal insulation, the conclusions of the resistive heating element electrically connected to the battery terminals, with one of the terminals of the resistive heating element is connected to one terminal battery through the switch.