Способ питания мощной нагрузки от химического источника тока с жидким электролитом при пониженных температурах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике . Химический источник тока (ХИТ) разряжают на нагрузку RH импульсами тока с периодом Т(0,01...0,1)РпСд(Рэ+Ян)/(Вэ+Вм п). где Rn, Сд, R3 - параметры эквивалентной схемы ХИТ, и коэффициентом заполнения q(R3+Rn)/Rri. Такой режим эксплуатации повышает среднее значение мощности, отдаваемой ХИТ, 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

сОк)з сОВЕтСких

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) s Н 02 J 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

QO (О

1( (21) 4814968/07 (22) 28.02.90 (46) 23.04.92.Бюл. N 15 .(72) В.Л.Гераськов (53) 621.355.1 (088.8) (56) Богацкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. — M.: Энергоиздат, 1981, с. 141.

Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, Справочник под ред.

Г.С.Найвельта. — M.: Радио и связь, 1986, с, 32-34.

Кромптон Т. Первичные источники тока.

Пер, с англ. — M.: Мир, 1986, с, 99.

Резанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. — M.: Энергоатомиздат, 1987, с. 134-135.

Изобретения относятся к электротехни-: ке. а именно к автономным системам электроснабжения с химическими источниками тока (ХИТ), и могут быть использованы, в частности, при питании переносной электроаппаратуры и при автономном электростартерном запуске двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ питания нагрузки от

ХИТ, при котором нагрузку подключают непосредственно к ХИТ и в течение некоторого промежутка времени непрерывно пропускают через нее ток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ питания нагрузки от источника тока, при котором нагрузку в течение некоторого промежутка времени периодически подключают к этому источнику, пропуская через нее. Б0 ÄÄ 1728926 А1 (54) СПОСОБ ПИТАНИЯ МОЩНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА

С ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Химический источник тока (ХИТ) разряжают на нагрузку Rn импульсами тока с периодом

Т=(0,01 ...0,1) КпСд(Rэ+йн)/(Rэ+Вн Rn). где Кп, Сд. R — параметры эквивалентной схемы ХИТ, и коэффициентом заполнения

g=(Rg+Rn)/Rn. Такой режим эксплуатации повышает среднее значение мощности, отдаваемой ХИТ. 2 с.п.ф-лы. 2 ил. импульсы тока, Коэффициент заполнения последних изменяют таким образом, чтобы стабилизировать напряжение на нагрузке, Этот способ не обеспечивает поддержание отдаваемой в нагрузку мощности на максимальном уровне. При изменении сопротивления нагрузки мощность в ней также изменяется, поскольку напряжение на нагрузке поддерживается постоянным.

Уменьшение сопротивления нагрузки сопровождается увеличением коэффициента заполнения импульсов тока и увеличением отдаваемой в нагрузку мощности. Максимум ее среднего за период значения зависит от соотношения сопротивления нагрузки и составляющих полного внутреннего сопротивления ХИТ. Эта зависимость особенно сильно проявляется при питании мощных нагрузок от ХИТ с жидким электро1728926 питом при пониженных температурах, обуславливающих увеличение внутреннего сопротивления ХИТ и уменьшение отдаваемой в нагрузку мощности, Известно устройство для питания нагрузки от ХИТ, содержащее электрически связанные между собой посредством соединительных проводников клеммы для подключения ХИТ и клеммы для подключения нагрузки, а также включенный в разрыв одного из соединительных проводников выкл ючател ь.

В этом устройстве вследствие поляризации электродов ХИТ происходит существенное уменьшение отдаваемой в нагрузку мОЩности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для питания нагрузки от источника тока, содержащее электрически связанные между собой посредством соединительных проВОДНИКОВ КЛЕММЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ источника тока и клеммы для подключения нагрузки, а также включенный в разрыв одного из соединительных проводников транзисторный, коммутатор. Управляющий вход этого коммутатора связан с выходом системы управления, содержащей задающий генератор и связанный с ним широтно-импульсный модулятор. Вход системы управления связан с клеммами для подкл ючения нагрузки.

Это устройство не обеспечивает отдачу в нагрузку максимальной мощности, поскольку в нем период и коэффициент заполнения импульсов тока ХИТ, создаваемых при переключениях коммутатора, выбираются без учета внутренних параметров ХИТ.

При этом период импульсов устанавливают минимально возможным для уменьшения массы и габаритов реактивных элементов фильтра (дросселя и конденсаторов), а коэффициент заполнения регулируют для стабилизации напряжения на нагрузке. В результате этого.снижается эффективность использования ХИТ, особенно ХИТ с жидким электролитом, питающих мощную нагрузку в условиях пониженных температур.

Целью изобретения является увеличение среднего значения мощности, отдаваемой ХИТ в нагрузку.

Цель достигается тем, что в известном способе питания нагрузки от химического источника тока, в процессе которого нагрузку в течение некоторого промежутка времени периодически подключают к этому источнику и пропускают через нее импульсы тока, согласно изобретению упомянутое подключение нагрузки к химическому ис10 ч= ly/ T= (Иэ+ Ин) /Rn.

ХИТ

30

35 измерительный блок, связанный своим пер40

50

5

15 точнику тока в указанном промежутке времени осуществляют с периодом

T=(0,01 — 0,1)йпСд(йэ+Рн)/(Вэ+Бн+ Рп), где Вп — сопротивление, характеризующее скорость процессов диффузии, адсорбции и электрохимической реакции;

Йэ — сопротивление электролита;

R< — сопротивление нагрузки;

Сд —. емкость двойного слоя; а упомянутое пропускание через нее импульсов тока ведут с коэффициентом заполнения где t — длительность импульса тока.

Целью изобретения является также rioвышение эффективности использования

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для питания нагрузки от химического источника тока, содержащее электрически связанные между собой посредством соединительных проводников клеммы для подключения ХИТ и клеммы для подключения нагрузки, включенный в разрыв одного иэ названных соединительных проводников коммутатор, связанный с его управляющим входом своим выходом широтно-импульсный модулятор и связанный с входом последнего своим выходом задающий генератор. дополнительно содержит вым и вторым входами соответственно с клеммами для подключения ХИТ и клеммами для подключения нагрузки, к выходу которого подключен входом вычислительный блок, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входом задающего генератора и управляющим входом широтно-импульсного модулятора.

На фиг. 1 показано схема питания нагрузки от ХИТ предлагаемым способом; на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства..

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом;.

Нагрузку R< периодически подключают к химическому источнику тока 6 с помощью коммутатора К, пропуская через нее импульсы тока l (фиг. 1). Источник тока 6 может быть представлен своей эквивалентной схемой, где R -сопротивление электролита, Rn — сопротивление поляризации, характеризующее скорость процессов диффузии. адсорбции и электрохимической реакции, Сд— емкость двойного слоя, Š— ЭДС, учитывающая разность потенциалов между электро1728926

q=tи/T (Rэ+Rн)/Rп, 1т, Риср= †.1 i йн d t

Т достигает максимума йн<йн йэ

55 дами ХИТ. Период Т следования импульсов тока i устанавливают равным

Т=(0,01 0,1)йпСд(йэ+йн)/(йп+йэ+йн), а коэффициент заполнения этих импульсов где t> — длительность импульса тока.

При указанных значениях Т и р отношение среднего за период значения мощности, поступающей в нагрузку при импульсном разряде ХИТ к мощности, поступающей в нагрузку при непрерывном разряде ХИТ

P= Е йн/(йэ+ йп+ йн)

Рмакс=(Риср/Р)макс=й / 4 (R 1), г где R = 1+RE / (йэ + Йн).

Этот максимум превосходит единицу при условии R>2, иэ которого следует

Таким образом, при разряде ХИТ импульсами тока он может отдавать в нагрузку в среднем эа период большую мощность. чем при его раряде непрерывным током.

Предлагаемый способ может быть реализован также с помощью предлагаемого устройство.

Устройство для питания (фиг. 2) содержит клемму 1 для подключения химического источника тока G, которая связана с силовым входом коммутатора 2. Силовой выход последнего связан с клеммой 3 для подключения нагрузки йн, Клеммы 1 и 3 связаны соответственно с первым и вторым входами измерительного устройства 4. Его выход связан с входом вычислительного устройства 5. Первый выход последнего связан с входом задающего генератора 6. В ыход этого генератора связан с входом широтно-импульсного модулятора 7. выход которого связан с управляющим входом коммутатора

2.

Коммутатор 2 может быть выполнен в виде транзистора. а измерительное 4 и вычислительное 5 устройство — в виде аналого-цифрового преобразователя в

40 совокупности с микроЭВМ. Задающий генератор 6 и широтно-импульсный модулятор 7 могут быть выполнены на интегральных микросхемах общего применения.

Устройство работает следующим образом, К клемме 1 подключают ХИТ G, а к клемме 3 — нагрузку йн. Работой схемы управляют выполненное на основе микроЭВМ вычислительное устройство 5 по заранее введенной в него программе.. B ходе работы с помощью измерительного устройства 4 напряжения, снимаемые с клемм 1 и 3, последовательно преобразуют в цифровой код, который подают на вход вычислительного устройства 5. С его помощью рассчитывают параметры эквивалентной схемы ХИТ и определяют в соответствии с приведенным выше формулами оптимальные значение периода и коэффициента заполнения импульсов тока. Эти значения в виде цифровых кодов подают с первого и второго выходов вычислительного устройства 5 на вход генератора 6 и управляющий вход модулятора 7 соответственно. Вырабатываемые генератором 6 импульсы напряжения с периодом Т модулируют по длительности модулятором 7 с коэффициентом заполнения р и подают на управляющий вход коммутатора 2. С его помощью нагрузку йн периодически с периодом Т и коэффициентом заполнения q подключают к ХИТ G.

Исследования показывают, что предлагаемый способ с использованием предлагаемого устройства позволяет по сравнению с известными увеличить мощность, отдаваемую ХИТ в нагрузку. в

R 2/4 (R-1) раз, где R= 1+Яп/(йэ+йн) Так например, для аккумуляторной батареи

6СТ вЂ” 55 при сопротивлении нагрузки йн=(0,005-0,050) Ом отдаваемая мощность увеличивается в 1,1 — 2,1 раза. Увеличение отдаваемой мощности составляет 10-30 .

Формула изобретения

1. Способ питания мощной нагрузки от химического источника тока с жидким электролитом при пониженных температурах, в процессе которого нагрузку в течение некоторого промежутка времени периодически подключают к этому источнику и пропускают через нее импульсы тока, о т л и ч а ю— шийся тем, что. с целью увеличения среднего значения мощности. отдаваемой химическим источником тока в нагрузку, упомянутое подключение нагрузки к химическому источнику тока в указанном промежутке времени осуществляют с периодом

1728926

T=(0,01 — 0,1)йдСд(йр4 Кн)/(Rs+Rn+R<), где R> — сопротивление характеризующее скорость процессов диффузии. адсорбции в электрохимической реакции;

Rs — сопротивление электролита;

Рн — сопротивление нагрузки;

Сд — емкость двойного слоя, а упомянутое пропускание через нее импульсов тока ведут с коэффициентом заполнения ц=Ь/Т=-(4+йн)/Rn, где t> — длительность импульса тока, 2. Устройство для питания мощной нагрузки от химического источника тока с жидким электролитом при пониженных температурах, содержащее электрически связанные между сбой посредством соединительных проводников клеммы для подключения химического источника тока и клеммы для подключения нагрузки, включенный в разрыв одного из названных соединительных проводников коммутатор, связанный с его управляющим входом сво5 им выходом широтно-импульсный модулятор и связанный с входом последнего своим выходом задающий генератор. о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности использования химического

10 источника тока, оно дополнительно содержит измерительный блок, связанный своим первым и вторым входами соответственно с . клеммами для подключения химического источника тока и клеммами для подключения

15 нагрузки, к выходу которого подключен входом вычислительный блок, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входом задающего генератора и управляющим входом широтно-импульсного модуля20 тора.

1728926

Составитель В.Гераськов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Редактор О.Хрипта

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1412 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5