Разовая (неперезаряжаемая) батарея
Владельцы патента RU 2633704:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Ангстрем" (RU)
Изобретение относится к области первичных неперезаряжаемых источников питания для питания портативных приемопередающих устройств. Разовая батарея содержит корпус ступенчатой формы, в котором размещены неперезаряжаемые элементы питания, соединенные с контактами, размещенными на корпусе. Корпус снабжен средствами крепления к приемопередатчику, выполнен разъемным и снабжен крышкой ступенчатой формы, содержащей плоскую часть, обращенную к задней стенке приемопередатчика, и выступающую часть в виде ступени. На плоской части крышки в качестве средства крепления размещен фиксатор, выполненный в виде металлической подпружиненной защелки, сопряженной с элементом управления, установленным на верхней поперечной грани поверхности ступени, обращенной к торцу приемопередатчика. На боковых гранях плоской части крышки выполнены продольные выступы, обеспечивающие скользящую стыковку батареи с приемопередатчиком. Контакты размещены на верхней торцевой поверхности корпуса и выполнены гнездовыми в виде металлических площадок с вырезом в центральной части и отходящими от выреза радиальными прорезями с образованием упругих лепестков, загнутых внутрь выреза с возможностью обхвата ответного контакта приемопередающего устройства. Изобретение позволяет повысить надежность разовой батареи. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области первичных неперезаряжаемых источников питания, в частности к гальваническим первичным элементам, или разовым источникам питания, и может найти применение в портативных системах передачи информации для питания портативных приемопередающих устройств с большим временным интервалом непрерывной работы от одной разовой батареи.
Известны разовая (неперезаряжаемая) батарея для портативных приемопередающих устройств «PRC-148 MBITR Thales Non-Rechargeable DL123 Battery Holder» фирмы Thales (сведения доступны в сети Интернет по ссылкам http://www.prc68.com/I/PRC6725.shtml#PRC-152_Battery и http://www.prc68.com/I/Images/Thales123BHb.ipg). Разовая батарея содержит неразъемный корпус, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда. На верхнем торце корпуса батареи расположена крышка, которая приклеена к корпусу. На крышке установлены две металлические контактные площадки, которые дополнительно выполняют роль средства крепления батареи к радиостанции. Под крышкой в полости корпуса батареи радиостанций Thales размещены литий-ионные аккумуляторы, соединенные в батарею шинами из электропроводного материала. Разовая батарея для портативной радиостанции фирмы Thales является достаточно мощной и стабильной в работе, однако крепление батареи к торцу радиостанции значительно увеличивает общие продольные габариты приемопередающего устройства. Кроме того, фиксация батареи на корпусе радиостанции является недостаточно жесткой и не предотвращает взаимное смещение сопряженных устройств от действия деформации кручения.
Известны портативные радиостанции другого типа, съемные разовые батареи которых имеют фигурную форму и устанавливаются не только на торец, но и на заднюю панель радиостанции путем ступенчатого сочленения батареи с приемопередатчиком с закреплением на двух взаимно перпендикулярных поверхностях корпуса приемопередатчика. Это, например, компактные портативные радиостанции Baofeng UV-5R, Motorola и другие, однако характеристики надежности крепления разовых батарей указанных приемопередающих устройств не соответствуют параметрам заявляемого изделия.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является блок питания для работы радиостанции Baofeng UV-5R от 6 батареек стандарта АА, в том числе первичных гальванических элементов (сведения доступны в сети Интернет по ссылкам http://radio23.ru/akkumulyatory-zaryadnye-ustroystva/-6aa и http://www.409shop.com/409shop_product.php?id=109304). Разовый батарейный блок для питания радиостанций Baofeng UV-5R представляет собой разъемный прямоугольный пенал со скругленными продольными ребрами и крышкой фигурной ступенчатой формы. На боковой поверхности пенала имеются вертикальные ребра, чередующиеся с углублениями для удобства захвата батарейного блока пальцами при установке или снятии его с радиопередающего устройства. На торцевой поверхности корпуса пенала установлены две контактные площадки, направляющие ребра и фиксатор из пластмассы. Выступающая часть крышки выполнена со скругленными переходами между плоскостями. Внутренняя полость пенала разделена на отсеки для размещения шести элементов питания.
Выбранный наиболее близкий аналог настоящего изобретения не обеспечивает требуемого уровня эксплуатационной надежности по параметрам бесперебойного питания в тяжелых условиях эксплуатации.
Заявленное изобретение направлено на решение задачи по разработке конструкции неперезаряжаемой разовой батареи для питания портативного приемопередающего устройства с большим временным интервалом непрерывной работы приемопередатчика от одной разовой батареи. В условиях эксплуатации одна разовая батарея должна обеспечить ток потребления приемопередатчика в режимах «передача», «прием», «дежурный прием» на уровне до соответственно 6,5 А, 1,3 А, 0,33 А при соотношении длительности режимов передача / прием / дежурный прием, соответствующем 1:1:9.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности разовой батареи за счет обеспечения бесперебойного питания и надежного электрического контакта путем жесткой механической фиксации разовой батареи на приемопередатчике (потребителе) с обеспечением возможности эксплуатации в широком диапазоне температур, в том числе в агрессивных средах (в том числе в солевом тумане) и при механических нагрузках на узел соединения.
Для решения поставленной задачи заявлена разовая батарея для питания портативного приемопередатчика, содержащая корпус ступенчатой формы, в котором размещены неперезаряжаемые элементы питания, соединенные с контактами, размещенными на корпусе разовой батареи. Корпус разовой батареи снабжен средствами крепления к приемопередатчику, выполнен разъемным и снабжен крышкой ступенчатой формы, содержащей плоскую часть, обращенную к задней стенке приемопередатчика, и выступающую часть в виде ступени. На плоской части крышки в качестве средства крепления размещен фиксатор, выполненный в виде металлической подпружиненной защелки, сопряженной с элементом управления, установленным на верхней поперечной грани поверхности ступени, обращенной к торцу приемопередатчика. На боковых гранях плоской части крышки выполнены продольные выступы, обеспечивающие скользящую стыковку батареи с приемопередатчиком. Контакты размещены на верхней торцевой поверхности корпуса разовой батареи и установлены на контактном модуле. Контакты выполнены гнездовыми в виде металлических площадок с вырезом в центральной части и отходящими от выреза радиальными прорезями с образованием упругих лепестков, загнутых внутрь выреза с возможностью обхвата ответного контакта приемопередающего устройства.
В предпочтительном варианте исполнения разовая батарея содержит на верхней торцевой поверхности корпуса три контакта - положительный, отрицательный и резервный, размещенные на контактном модуле.
Упомянутые контакты могут быть выполнены из сплава на основе меди, преимущественно, из бериллиевой бронзы. Предпочтительно, контактный модуль выполнен в виде монтажной платы, дополнительно снабженной модулем защиты.
Модуль защиты обеспечивает защиту от короткого замыкания и защиту от преднамеренного заряда. В предпочтительном варианте исполнения в модуле защиты реализована двойная защита от короткого замыкания - посредством введенного в схему электрического предохранителя, в частности плавкого предохранителя на 16 А, и посредством введения схемы защиты по току разряда, рассчитанной на ток разряда Iразр примерно 8 А. Функция защиты от преднамеренного заряда в модуле защиты реализуется посредством блока защиты на диодах, запирающих ток заряда от источника питания.
Кроме того, является предпочтительным, если контактный модуль выполнен с накладкой в виде демпфирующей пластины из уплотнительного материала, установленной на нем и смягчающей стыковку батареи с сопрягаемыми устройствами - приемопередатчиком.
Съемная крышка разовой батареи может быть установлена на ее корпусе при помощи крепежных элементов, предпочтительно винтов, выполненных из нержавеющей стали либо из легированной стали с защитным антикоррозионным покрытием, в частности защитным гальваническим покрытием, что позволяет эксплуатировать изделие в условиях агрессивных сред (в том числе в солевом тумане), повышенной влажности, высоких температур окружающей среды.
Фиксатор может быть выполнен в виде металлической подпружиненной защелки с шипом, выступающим под отрицательным углом к ответной фиксирующей поверхности.
Предпочтительно, фиксатор выполнен из пружинной стали марки 65Г с твердостью 440-490 ед. по шкале Виккерса для обеспечения заданной жесткости сопряжения с корпусом приемопередатчика.
Корпус разовой батареи может быть выполнен со скругленными продольными ребрами, что позволяет в процессе эксплуатации удобно держать приемопередатчик в руке, причем дополнительно на боковых поверхностях корпуса разовой батареи выполнены вертикальные выступы, чередующиеся с углублениями, обеспечивающие удобство захвата корпуса батареи пальцами, когда ее извлекают из или устанавливают на приемопередатчик.
В одном из вариантов исполнения корпус разовой батареи выполнен металлическим, предпочтительно из сплавов на основе алюминия, и снаружи покрыт маслобензостойким лакокрасочным покрытием, пригодным для эксплуатации в агрессивных средах в диапазоне температур от -30°С до +55°С, а изнутри покрыт изолирующим антикоррозионным покрытием.
Далее изобретение подробно раскрывается со ссылками на фигуры, иллюстрирующие некоторые возможные варианты исполнения разовой батареи (далее также «батарея»).
На фиг. 1 представлен общий вид разовой батареи.
На фиг. 2 разовая батарея показана в разобранном виде.
На фиг. 3 представлен профиль стального фиксатора.
На фиг. 4 представлено поперечное сечение и вид сверху на контакт.
На фиг. 5 представлена схема защиты разовой батареи от короткого замыкания.
На фиг. 6 представлена схема защиты разовой батареи от преднамеренного заряда.
Как показано на фиг. 1, корпус 1 разовой батареи представляет собой, по существу, прямоугольный параллелепипед со скругленными переходами между боковыми поверхностями корпуса и задней, передней и нижней торцевой поверхностями. На упомянутых боковых поверхностях выполнены вертикальные выступы 15, чередующиеся с углублениями, обеспечивающие удобство захвата корпуса батареи пальцами при манипуляциях с батареей для сопряжения с приемопередатчиком. Верхняя поверхность корпуса 1 разовой батареи представляет собой съемную крышку 2 ступенчатой формы, установленную на винтах. Боковые ребра на плоской части крышки 2 снабжены продольными направляющими выступами 10, обеспечивающими стыковку заявленной батареи с потребителем - приемопередатчиком. Конструкция продольных направляющих выступов 10 обеспечивает надежную центровку контактов разовой батареи относительно ответных контактов потребителя, что повышает надежность функционирования заявленного устройства (бесперебойность питания, непрерывность электрического соединения).
На фиг. 2 конструктивные элементы заявленного устройства показаны более детально в разобранном состоянии изделия. Разовая батарея состоит из следующих конструктивных элементов:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - элемент питания;
4 - контактный модуль со средствами защиты;
5 - контакт;
6 - демпфирующая пластина;
7 - элемент управления фиксатором в виде кнопки;
8 - фиксатор;
9 - крепежные элементы (винты).
На плоской поверхности крышки 2 батареи, обращенной при соединении с потребителем к приемопередатчику (не показан), расположен металлический фиксатор 8 в виде подпружиненной защелки, обеспечивающий фиксацию батареи на корпусе приемопередатчика. Фиксатор 8 выполнен, предпочтительно, в виде фигурной полоски из пружинной стали, например марки 65Г, с шипом 11, выступающим под отрицательным углом к ответной фиксирующей поверхности. Профиль фиксатора 8 показан на фиг. 3. При изготовлении фиксатор 8 подвергается штамповке и термической обработке до твердости 440-490 ед. по шкале Виккерса для придания нужной жесткости данному элементу соединения.
На торцевой поверхности батареи, на плате контактного модуля расположены три подпружиненных контакта 5, ответных к ловителям (стержневым контактам) приемопередатчика. Каждый контакт 5 выполнен в виде пластины 12 овальной формы, как показано на фиг. 4. Контакт 5 выполняют из материала с высокой электропроводностью и износостойкостью, предпочтительно, из бериллиевой бронзы. Пластина 12 снабжена по центру вырезом 13 и подпружиненными лепестками 14, загнутыми на концах внутрь центрального выреза 13. Конструкция контактного модуля 4 позволяет обеспечить надежный непрерывный электрический контакт разовой батареи с потребителем путем обхвата по окружности подпружиненными лепестками 14 ответного стержневого контакта приемопередатчика. В вариантах исполнения разовой батареи возможно выполнение контактов 5 из других металлов и сплавов, известных специалисту в данной области техники.
На контактном модуле 4 дополнительно расположена демпфирующая пластина 6, выполненная из уплотнительного материала и смягчающая стыковку батареи с сопрягаемым устройством. Ступень крышки 2 на верней грани со стороны, обращенной к торцу приемопередатчика, оснащена элементом управления в виде подвижной кнопки 7, механически соединенной с подпружиненным фиксатором 8. Как показано на фиг. 1, элемент управления в виде кнопки 7 служит для освобождения фиксатора 8 и расстыковки разовой батареи с потребителем.
Снаружи металлический корпус 1 разовой батареи покрыт маслобензостойким лакокрасочным покрытием, обеспечивающим хорошие эксплуатационные характеристики в агрессивных средах, при низких (до -30°С) и высоких (до +55°С) температурах окружающей среды. Изнутри корпус 1 покрыт защитным изолирующим коррозионно-стойким покрытием.
Крепежные элементы - винты 9 - выполнены из нержавеющей стали либо из легированных сталей с применением гальванических покрытий, что позволяет эксплуатировать разовую батарею в условиях агрессивных сред (в том числе в солевом тумане), повышенной влажности, высоких температур окружающей среды.
Контактный модуль 4 выполнен на основе монтажной платы, на которой дополнительно размещены средства защиты в виде модуля защиты 16, предназначенного для защиты разовой батареи от короткого замыкания и преднамеренного заряда.
Схема защиты разовой батареи от короткого замыкания представлена на фиг. 5. Электрический контакт контактного модуля 4 и элементов питания 3 осуществляется через электрический предохранитель (плавкий предохранитель) 17 и схему защиты по току разряда 18.
На фиг. 6 представлена схема защиты разовой батареи от преднамеренного заряда. При попытке зарядить разовую батарею срабатывает блок диодов 19, включенных таким образом, чтобы запирать ток заряда источника питания.
Заявленная разовая батарея функционирует путем подключения ее контактов 5 к контактам приемопередатчика и фиксации ее в таком положении.
Для соединения с разовой батареей на боковых стенках корпуса приемопередатчика выполняют два продольных паза, в которые вставляются соответствующие продольные выступы 10, расположенные на боковых гранях плоской части крышки 2, обеспечивающие скользящую стыковку батареи с приемопередатчиком.
Подключаемая разовая батарея по направляющим пазам надвигается до упора на контакты приемопередатчика и фиксируется защелкиванием в паз корпуса приемопередатчика фиксатора 8 батареи.
В таком положении контакты батареи 5 надвинуты на выступающую часть стержневых контактов приемопередатчика и, будучи подпружиненными, образуют надежный бесперебойный электрический контакт двух изделий. Фиксатор 8 батареи защелкивается в паз, выполненный в корпусе приемопередатчика, жестко фиксируя батарею в нужном положении.
После стыковки батарея закрывает предназначенную для нее ступенчатую полость в корпусе приемопередатчика, дополняя его до формы параллелепипеда.
Для снятия батареи необходимо освободить фиксатор 8 батареи, то есть вывести его из паза корпуса приемопередатчика, для чего необходимо элемент управления в виде кнопки 7, расположенной на грани ступени корпуса 1 батареи, сдвинуть, например, вниз. Далее необходимо выдвинуть батарею по направляющим 10 из пазов корпуса приемопередатчика.
Проверку напряжения разовой батареи проводят, измеряя напряжение на клеммах батареи. Разовая батарея соответствует своему назначению, если напряжение на клеммах составляет заданное напряжение, например (5,75±0,5) В.
При испытаниях конструкция заявленной разовой батареи показала высокую надежность по обеспечению бесперебойного питания портативных приемопередающих устройств при механических нагрузках на узел соединения.
Технический результат от использования изобретения проявляется в виде повышения надежности электрического контакта разовой батареи с приемопередатчиком за счет жесткой фиксации батареи на приемопередатчике при центровке контактов батареи относительно ответных контактов приемопередатчика, что дополнительно ведет к снижению потерь электрической мощности.
Параметры надежности разовой батареи повышены также за счет защиты от короткого замыкания, преднамеренного заряда, обеспечения ремонтопригодности и прочности корпуса заявленного устройства.
1. Разовая батарея для питания портативного приемопередатчика, содержащая корпус ступенчатой формы, в котором размещены неперезаряжаемые элементы питания, соединенные с контактами, размещенными на корпусе, при этом корпус снабжен средствами крепления к приемопередатчику, отличающаяся тем, что
корпус выполнен разъемным и снабжен крышкой ступенчатой формы, содержащей плоскую часть, обращенную к задней стенке приемопередатчика, и выступающую часть в виде ступени,
на плоской части крышки в качестве средства крепления размещен фиксатор, выполненный в виде металлической подпружиненной защелки, сопряженной с элементом управления, установленным на верхней поперечной грани поверхности ступени, обращенной к торцу приемопередатчика, а на боковых гранях плоской части крышки выполнены продольные выступы, обеспечивающие скользящую стыковку батареи с приемопередатчиком,
при этом контакты размещены на верхней торцевой поверхности корпуса и установлены на контактном модуле, причем контакты выполнены гнездовыми в виде металлических площадок с вырезом в центральной части и отходящими от выреза радиальными прорезями с образованием упругих лепестков, загнутых внутрь выреза с возможностью обхвата ответного контакта приемопередающего устройства.
2. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что контакты выполнены из бериллиевой бронзы.
3. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что контактный модуль выполнен в виде платы, дополнительно снабженной модулем защиты.
4. Разовая батарея по п. 3, отличающаяся тем, что модуль защиты с целью обеспечения защиты от короткого замыкания снабжен электрическим предохранителем и/или схемой защиты по току разряда.
5. Разовая батарея по п. 3, отличающаяся тем, что модуль защиты с целью обеспечения защиты от преднамеренного заряда оснащен блоком диодов, запирающих ток заряда от источника питания.
6. Разовая батарея по п. 3, отличающаяся тем, что контактный модуль выполнен с накладкой в виде установленной на нем демпфирующей пластины из уплотнительного материала, смягчающей стыковку батареи с приемопередатчиком.
7. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что крышка установлена на корпусе при помощи крепежных элементов, предпочтительно винтов, выполненных из нержавеющей стали либо из легированной стали с защитным покрытием.
8. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен в виде металлической подпружиненной защелки с шипом, выступающим под отрицательным углом к ответной фиксирующей поверхности.
9. Разовая батарея по п. 8, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен из пружинной стали марки 65Г.
10. Разовая батарея по п. 9, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен с твердостью 440-490 ед. по шкале Виккерса.
11. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен со скругленными продольными ребрами, причем на боковых поверхностях корпуса выполнены вертикальные выступы, чередующиеся с углублениями, обеспечивающие удобство захвата корпуса батареи пальцами.
12. Разовая батарея по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен металлическим и снаружи покрыт маслобензостойким лакокрасочным покрытием, пригодным для эксплуатации в агрессивных средах в диапазоне температур от -30°C до +55°C, а изнутри покрыт изолирующим антикоррозионным покрытием.
