Способ формирования многоэлементных химических источников тока с общим электролитом

Авторы патента:

Рачков Юрий Герасимович (RU)

Гладышев Павел Павлович (RU)

Гущин Сергей Александрович (RU)

H01M10/44 - способы зарядки или разрядки (схемы зарядки H02J 7/00)

Владельцы патента RU 2486635:

Рачков Юрий Герасимович (RU)
Гладышев Павел Павлович (RU)
Гущин Сергей Александрович (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей первичных и вторичных химических источников тока, включая металловоздушные источники тока. В заявленном способе предлагается механические перегородки между секциями заменить электрическими. При этом для формирования многоэлементных химических источников тока в общем электролите элементы химических источников тока размещают в общей электролитной ванне, в частности в воде морской акватории без перегородок, а для удаления паразитных гальванических связей элементов, возникающих при этом, электрические выходы элементов подключают к конверторам-преобразователям постоянного тока, имеющим гальваническую электронную развязку между выходом и входом элементов химических источников тока. Технический результат заключается в обеспечении без механических перегородок возможности исключения необходимости размещения элементов химических источников тока в отдельных секциях для разделения связей по электролиту. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Данное техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей первичных и вторичных химических источников тока, включая металловоздушные источники тока.

Из научно-технической и патентной литературы известно, что из-за наличия паразитных связей между элементами химических источников тока, размещенных в общем электролите, разработчики аккумуляторных батарей и металловоздушных источников тока вынуждены размещать элементы химических источников тока в отдельных секциях для разделения связей по электролиту. Суть формирования батарей химических источников тока (ХИТ) с повышенным напряжением при классическом подходе сводится к следующим операциям: расположение элементов в изолированных друг от друга емкостях, заполнение каждой емкости электролитом и последовательным соединением соответствующих выводов элементов ХИТ (патенты РФ №2155419, 2230418, Коровин Н. Химические источники тока. МЭИ. Справочник. 2010 г.).

Разделение электролита механическим путем с целью устранения паразитных гальванических токов между элементами связано с усложнением конструкций батарей и ухудшением массогабаритных показателей (патент Р.Ф №-2183371. Кл. Н01М 12/06/).

Патентный поиск, проведенный авторами данной работы, показал отсутствие ближайшего прототипа для предлагаемого изобретения, целью которого является устранение паразитных гальванических связей между элементами ХИТ, размещенных в общем электролите. Для достижения поставленной цели элементы химических источников тока размещают в общей электролитной ванне, в частности в воде морской акватории без перегородок, а для удаления паразитных гальванических связей элементов, возникающих при этом, электрические выходы элементов подключают к конверторам-преобразователям постоянного тока, имеющим гальваническую электронную развязку между выходом и входом

Для повышения электрического напряжения элементы химических источников тока, размещенных в общем электролите, выходы конверторов-преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой соединяют последовательно между собой.

Для повышения экономической эффективности при эксплуатации многоэлементных батарей в общей электролитной ванне используется общий катод или анод, при этом к входам конверторов-преобразователей подсоединяются общий электрод (катод или анод) и один из других электродов, а выходы конверторов-преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой соединяют последовательно между собой.

По крайней мере, количество преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой должно быть равно одному на каждую пару элементов химических источников тока.

В качестве конверторов с гальванической развязкой входов и выходов используют конверторы с трансформаторной или оптоэлектронной развязкой.

Рассмотрим теоретические предпосылки заявляемого способа.

На фиг.1 представлена классическая схема батареи ХИТ, из двух элементов, состоящих из катодов 1, 3 и анодов 2, 4. Элементы разделены механической перегородкой 17 и электрически последовательно соединены между собой. Электрические выходы анода 2 и катода 3 соединены перемычкой 6. Общая нагрузка 5 включена между катодом 1 и анодом 4. В этом случае напряжение на общей нагрузке 5 равно сумме напряжений каждого элемента. На фиг.2 представлена такая же батарея, но без перегородки 17. Между анодом 2 и катодом 3 возникает паразитный ток короткого замыкания, протекающего через электрическую перемычку 6. Суммарное напряжение на общей нагрузке равно напряжению одной пары электродов - между катодом 1 и анодом 4. Поэтому все известные конструкции батарей ХИТ имеют элементы, разделенные механическими перегородками разных конструкций. Поиск малогабаритных конструкций батарей ХИТ для техники морского и подводного базирования и анализ схемы батареи, представленной на фиг.2, привел авторов к мысли заменить механические перегородки электрическими. На фиг.3 представлена схема батареи, которая является иллюстрацией изобретательского замысла авторов. Для устранения паразитных связей в батарее при последовательном соединении элементов, электрические выходы элементов батареи подключают к конверторам-преобразователям постоянного тока с гальванической развязкой между входами и выходами, например, с трансформаторной развязкой (Г.Шрайбер «300 схем источников питания». 2000 г. Книги по электронике и схемотехнике. Каталог файлов - UNITED RADIO CLU.mht). На схеме конверторы-преобразователи постоянного тока - показаны условно. Естественно, что постоянное напряжение преобразуется в переменное посредством электронных ключей 9. Из рассмотрения схемы, представленной на фиг.3, следует, что действительно паразитная связь между анодом 2 и катодом 3 разорвана путем подключения элементов батареи к входам конверторов-преобразователей постоянного тока 7 и 8. Рынок насыщен предложениями конверторов-преобразователей постоянного тока (DC/DC преобразователи), предназначенных для других целей. В нашем случае конверторы-преобразователи постоянного тока с гальванической развязкой между входом и выходом выполняют функцию «электрической перегородки», разрывающей паразитные гальванические связи между элементами, размещенными в общем электролите. Такое техническое решение открывает новые перспективы в разработке разнообразных облегченных конструкций многоэлементных химических источников тока, включая аккумуляторы, так как позволяет применять последовательное соединение элементов, размещенных в общем электролите без механических перегородок, и снимается масса технологических вопросов при конструировании батарей ХИТ.

На фиг.4, 5 представлены схемы формирования батарей, поясняющих дополнительные позиции формулы изобретения. Для экономии для каждой пары элементов, возможно, использовать только один конвертор-преобразователь постоянного тока с гальванической развязкой 7 и стабилизатор напряжения без гальванической развязки 10. (фиг.4) Размещение в общем электролите открывает новые возможности для формирования батареи с одним общим катодом 1 и анодами 2, 4 или с одним общим анодом и разным набором катодов (Фиг.5).

На фиг.6 представлен стенд, разработанный для экспериментального подтверждения теоретических предпосылок предлагаемого способа.

На фиг.6 введены обозначения:

1, 3. Катоды на углеродной основе.

2. 4. Аноды алюминиевые.

5. Нагрузка, состоящая из светодиодов и кулера персонального компьютера.

7. 8. Конверторы-преобразователи постоянного тока с трансформаторной развязкой типа P6CG - 0512Е.

10. 11. Стабилизаторы напряжения типа TPS61200DRC.

12. Емкость с раствором морской соли в водопроводной воде.

13. Плавучая платформа из пенопласта для закрепления электродов.

14. Тумблер.

15. Вибростенд для имитации морских колебаний платформы 13.

После формирования многоэлементной батареи в общем электролите в соответствии со схемой, представленной на фиг.6, были произведены измерения электрического напряжения вольтметром типа В7-58/2 на входах и выходах преобразователей.

Результаты измерений следующие:

Электрические напряжения на входах стабилизаторов 10, 11 - 0,7 В.

Электрические напряжения на входах конверторов - преобразователей постоянного тока с гальванической развязкой 7, 8 - 3,5 В.

Электрические напряжения на выходах конверторов 7, 8 - 7,5 В.

Электрическое напряжение, измеренное на нагрузке 5, подключенной к конверторам 7, 8, соединенных между собой по последовательной схеме - 15 В.

Следует отметить, что при последовательном соединении непосредственно самих элементов батареи суммарное напряжение на батарее оставалось равным 0.7 В, причем такое соединение сопровождалось интенсивным нагревом анодов, электролита и активным газовыделением. Только при использовании, по крайней мере, одного конвертора-преобразователя постоянного тока с трансформаторной развязкой, например, 7 с последовательным соединением его выходов со стабилизатором напряжения без трансформаторной развязки, например, 11 приводило к удвоению напряжения на нагрузке и прекращению нагрева анодов электролита (см. фиг.4).

При замыкании тумблера 14 и соединении элементов согласно схеме, представленной на фиг.5, происходит формирование батареи с общим катодом и разными анодами 2 и 4. Такое соединение не изменяет суммарного напряжения на нагрузке 5 и равно 15 В (фиг.6).

При включении вибростенда 15 шлам более интенсивно опускался на дно резервуара, и происходило движение электролита между электродами. Что способствует активному очищению анодов и, как следствие, более эффективному режиму эксплуатации батареи в открытой морской воде без перегородок между элементами.

Результаты, полученные экспериментальным путем, в полном объеме подтвердили теоретические предпосылки предлагаемого способа формирования многоэлементных химических источников тока в общем электролите.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный способ формирования многоэлементных химических источников тока в общем электролите может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию "промышленная применимость".

1. Способ формирования многоэлементных химических источников тока, заключающийся в том, что элементы, состоящие из анодов и катодов, размещают в общей электролитной ванне без перегородок, в частности, в воде морской акватории, отличающийся тем, что для удаления паразитных гальванических связей элементов, возникающих при этом, электрические выходы элементов подключают к конверторам-преобразователям постоянного тока, с гальванической электронной развязкой между выходом и входом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения электрического напряжения выходы конверторов-преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой соединяют последовательно между собой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения экономической эффективности при эксплуатации многоэлементных батарей в общей электролитной ванне используется общий катод или анод, при этом к входам конверторов-преобразователей подсоединяются общий электрод (катод или анод) и один из других электродов, а выходы конверторов-преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой соединяют последовательно между собой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество преобразователей постоянного тока с электронной гальванической развязкой, по крайней мере, должно быть равно одному на каждую пару элементов химических источников тока.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве конверторов-преобразователей постоянного тока используют конверторы с трансформаторной или с оптоэлектронной развязкой между входами и выходами.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области эксплуатации аккумуляторных батарей, и может быть использовано при производстве, введении в эксплуатацию, проведении плановых ремонтных и восстановительных работ с аккумуляторными батареями.

Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты) // 2483400

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами // 2479894

Способ зарядки литий-ионного аккумуляторного элемента и гибридное транспортное средство // 2471276

Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов в составе искусственного спутника земли // 2465695

Способ заряда комплекта из n литий-ионных аккумуляторных батарей в составе геостационарного искусственного спутника земли // 2464675

Способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов // 2464674

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при восстановлении засульфатированных свинцовых аккумуляторов. .

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания // 2461102

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания, преимущественно искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания // 2461101

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей автономных систем электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов при помощи заряда асимметричным током // 2460182

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к способам формирования емкости химических источников тока. .

Устройство управления зарядкой батареи и способ управления зарядкой батареи для электромобиля // 2489779

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи // 2496189

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при наземной эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, например, в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Технический результат - повышение надежности и эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации. Предлагается способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии. Поставленная задача решается тем, что перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника земли // 2496190

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при подготовке литий-ионных аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом является повышение функциональной надежности и обеспечение эффективного заряда литий-ионных аккумуляторных батарей при ограниченном теплосъеме при подготовке аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе ИСЗ. Указанный результат достигается тем, что перед отправкой искусственного спутника Земли на полигон запуска проводят предварительный заряд аккумуляторной батареи с обеспечением термостатирования, а на полигоне запуска проводят окончательный заряд, с последующей балансировкой аккумуляторов по напряжению, и проводят как минимум один дозаряд аккумуляторной батареи без обеспечения ее термостатирования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ ускоренного заряда свинцовых стационарных аккумуляторов // 2498463

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации свинцовых стационарных аккумуляторов на различных объектах. Техническим результатом изобретения является создание ускоренного способа заряда без ухудшения характеристик. Согласно изобретению способ ускоренного заряда свинцовых стационарных аккумуляторов с намазными электродами заключается в сообщении зарядной емкости в две ступени, первая ступень осуществляется током, равным 0,2-0,3 С10 (С10 - емкость при 10-часовом режиме разряда), до достижения напряжения, равного 2,30-2,45 В, вторая ступень осуществляется поддержанием указанного напряжения плавным снижением тока. Окончание заряда осуществляют при достижении коэффициента перезаряда (отношение емкости, сообщенной при последующем заряде, к емкости, полученной при предшествующем заряде), равного 0,95-1,05, с проведением нормального заряда после 2-3 ускоренных зарядов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Стабилизатор напряжения для системы питания // 2509400

Изобретение относится к системам питания для использования в электрифицированном железнодорожном транспорте. Стабилизатор напряжения для системы питания, который стабилизирует нагрузку активной мощности, содержит первый AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; и никель-металлогидридную батарею, расположенную между и соединенную с кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя. Технический результат - снижение массогабаритных параметров устройства. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ заряда комплекта аккумуляторных батарей в составе автономной системы электропитания космического аппарата // 2510105

Предложенное изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей (АБ), преимущественно никель-водородных или литий-ионных, в автономных системах электропитания космических аппаратов (КА) от общего источника ограниченной мощности через индивидуальные зарядные преобразователи с контролем текущего состояния заряженности и ограничением заряда бортовым комплексом управления. Повышение надежности и эффективности эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что дополнительно контролируют минимальные уровни токов заряда и при снижении тока заряда какой-либо аккумуляторной батареи ниже установленного значения прекращают заряд всего комплекта аккумуляторных батарей, при этом продолжение заряда комплекта аккумуляторных батарей проводят поочередно и с длительностью заряда каждой аккумуляторной батареи, исходя из соотношения: Ti=T/(Ci:Σ1/Ci), мин, где Ti - время заряда i-ой аккумуляторной батареи, мин; Т - выбранный период времени для поочередного заряда всего комплекта аккумуляторных батарей, мин; Ci - текущая емкость i-той аккумуляторной батареи, А·час. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство уравновешивания напряжения для системы аккумуляторных батарей // 2516297

Изобретение относится к области электротехники. Система аккумуляторных батарей включает в себя множество аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, множество первых диодов, каждый из которых имеет анод, соединенный с отрицательным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество вторых диодов, каждый из которых имеет катод, соединенный с положительным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество конденсаторов, каждый из которых соединен с участком соединения между катодом первого диода и анодом второго диода. Источник питания переменного тока соединен с участками соединения через конденсаторы. Технический результат - упрощение устройства. 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

Способ формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей импульсным асимметричным током // 2518487

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, а также к обслуживанию аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации. Задачей изобретения является повышение эффективности формирования аккумуляторных батарей в технологическом процессе их производства. Технический результат заключается в снижении времени батарейной формировки, снижении температуры электролита во время формировки, повышении эффективности использования тока. Технический результат изобретения достигается тем, что при формировании свинцово-кислотной аккумуляторной батареи импульсным асимметричным током через преобразователь от сети переменного тока по способу, основанному на чередовании импульсов зарядного и разрядного тока с частотой их следования f/n (f - частота сети переменного тока, n - коэффициент деления (n=1, 2) и с длительностью импульсов разрядного тока dраз=(n/f)-dзар, где dзар - длительность импульсов зарядного тока, причем длительность импульсов зарядного тока выбирают в пределах 0,25Tc≤dзар<0,5Tc, где Tc - период колебаний в сети переменного тока, а величину тока в импульсах разрядного тока Iраз в процессе формирования изменяют в зависимости от накопления заряда в батарее плавно или ступенчато в пределах 0≤Ipaз<0.01CH, где CH - численное значение номинальной емкости формируемой батареи. 2 ил.

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током // 2521607

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов γ и соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов τ, определяемых индивидуально для каждого типа аккумуляторов, с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=1,1÷7 и τ=0,1÷0,9 соответственно, пауза между зарядным и разрядным импульсами равна длительности разрядного импульса, среднее значение переменного асимметричного тока заряда выбирают так, чтобы заряд проходил от 1 часа до 10 часов, при этом заряд производят до достижения на батареи порогового значения, контроль напряжения на батарее производят в паузе между разрядным и зарядным импульсами, частота переменного асимметричного тока может быть любая в интервале от 1 Гц до 50 кГц, разряд производят тем же током до достижения 1 В на аккумулятор. Повышение эффективности восстановления емкости аккумуляторов за счет оптимального восстановления активной массы при сокращении времени форматирования и восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов является техническим результатом изобретения. 2 пр.

Способ обнаружения извлечения аккумулятора // 2526028

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для обнаружения наличия аккумулятора хостовым терминалом, в частности к обнаружению извлечения «интеллектуального» аккумулятора, когда хостовый терминал осуществляет передачу данных.В способе обнаружения извлечения аккумулятора в процессе сеанса цифрового обмена данными с аккумулятором (160) обмен данными с аккумуляторным блоком (150) и обнаружение извлечения аккумулятора (160) происходят по существу одновременно. Извлечение аккумулятора (160) может быть обнаружено во время передачи данных от терминала (100) к аккумуляторному блоку (150). Кроме того, терминалом (100) может быть получен ответ от схем (155) аккумулятора как отклик на данные, переданные в аккумулятор (160) по линии (140) связи с аккумулятором, во время взятия отсчетов синхронизированным образом. 9 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.