Электрохимический аккумулятор

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическому аккумулятору, в котором установлен металлический управляющий электрод. Электрохимический аккумулятор содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды, взаимодействующие с электролитом, между которыми также установлен управляющий электрод, расположенный в окружении сепаратора, при этом вспомогательный управляющий электрод покрыт стойким химическим изолятором и выполнен с проницаемыми для электролита калиброванными отверстиями и связан с внешним источником тока. Повышение эффективности работы электрохимического аккумулятора, а также повышение срока его службы является техническим результатом изобретения. Управляющий электрод обеспечивает эффективное проведение процесса зарядки/разрядки аккумулятора в процессе штатной работы аккумулятора. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрохимическому аккумулятору (электрохимическому устройству), и предназначено для использования в технологии построения блоков питания.

В последнее время в области вторичных батарей интенсивно ведутся исследования и разработки новых электродов и батарей, которые могут улучшить удельную емкость и удельную энергию.

Из уровня техники известен никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный и отрицательный электроды, разделенные многослойным сепаратором, и вспомогательный электрод. Вспомогательный электрод выполнен пористым и размещен между слоями сепаратора (RU 2069924, 27.11.1996).

Недостатками данного аккумулятора является отсутствие обратной связи, т.е. когда при изменении прямых выходных параметров аккумулятора (напряжения, ток зарядки/разрядки или косвенных параметров (температура, давление и т.п.) сверх заданных критических значений, не изменяются параметры управления (напряжение на управляющем электроде не увеличивается или не уменьшается), что приводит аккумулятор к выходу из строя. Кроме того, наличие пористого электрода, имеющего некалиброванные отверстия, снижает эффективность работы аккумулятора.

Известен электрохимический генератор, содержащий электролит и контактирующие с ним анод и катод. Между анодом и катодом в электролит помещен дополнительный электрод, который соединен с источником управляющего напряжения. К катоду и аноду подключена нагрузка электрохимического генератора. Дополнительный электрод выполнен из электропроводного химически нейтрального материала, например из углеродной ткани с изолированным токоподводом (RU 2249886, 10.04.2005).

Недостатками данной конструкции устройства являются то, что анод и катод в нем разнесены на значительное расстояние, чтобы предотвратить короткое замыкание между катодом и анодом из-за отсутствия сепаратора, в связи с чем данная конструкция не является оптимальной из-за значительного увеличения размеров аккумулятора и изменения конструкции устройства, так как необходимо сделать дополнительное устройство закрепления электродов. Кроме того, из-за применения в качестве дополнительного (управляющего) электрода углеродной ткани и отсутствия сепаратора может возникнуть ситуация (в каком-то одном пространственном положении устройства), когда углеродная ткань будет касаться одновременно катода и анода, то есть может произойти короткое замыкание и, соответственно выход устройства из строя

Кроме того, источник питания, используемый в указанном патенте, не имеет возможности автоматически регулировать управляющее напряжение, т.е. отсутствует обратная связь, что уменьшает эффективность работы аккумулятора.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании электрохимического аккумулятора, который устранял бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы аккумулятора и увеличение ресурса его работы т.к. при проведении процесса зарядки/разрядки, и в процессе штатной работы аккумулятора, происходит поддержание необходимого тока/напряжения, которые поддерживаются в заданных параметрах за счет наличия обратной связи и при помощи управляющего электрода, на который подается управляющее напряжение, таким образом, что предотвращается перезарядка и переразрядка аккумулятора, не прекращая процесс путем автоматического изменения управляющего напряжения. В настоящее время в известных устройствах процесс зарядки прекращается полностью (по достижению критических значений), а затем процесс зарядки начинается сначала), кроме того возможно получить на выходных клеммах переменное напряжение за счет подачи переменного (гармонического или импульсного) напряжения любой формы и соответствующих значений напряжения, частоты, амплитуды и формы на управляющий электрод, обеспечивающих функционирование аккумулятора, с применением соответствующего источника напряжения. Кроме того появляется возможность использовать электрохимическое устройство в качестве источника напряжения и/или в качестве источника тока.

Технический результат достигается тем, что в электрохимическом аккумуляторе, содержащем корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды основного аккумулятора, взаимодействующие с электролитом, при этом между отрицательным и положительным электродами основного аккумулятора установлен металлический управляющий электрод с проницаемыми калиброванными отверстиями, связанный с источником управляющего напряжения.

Источник напряжения представляет собой внешний источник постоянного или переменного напряжения, или дополнительный аккумулятор, отрицательный и положительный электроды которого расположены в корпусе и взаимодействуют с электролитом.

Управляющий электрод расположен в корпусе в окружении сепаратора или без сепаратора и может быть покрыт химически стойким изолятором.

Также управляющий электрод может быть выполнен в виде металлической сетки или намотки из металлической проволоки и покрыт химически нейтральным изолятором.

На управляющий электрод подают постоянное управляющее напряжение при использовании коммутирующей схемы, обеспечивающее функционирование основного аккумулятора.

На управляющий электрод подают переменное напряжение от источника напряжения.

На управляющий электрод подают переменное напряжение с использованием устройства обратной связи.

Выводы управляющего электрода могут быть расположены внутри или с наружи корпуса. Выводы коммутируются через разъем, для подключения зарядного устройства.

Кроме того, при работе аккумулятора используется устройство обратной связи, управляющее подачей соответствующего сигнала на управляющий электрод (постоянного положительного или отрицательного, или переменного напряжения) любой формы и любой длительности и установленное вне зоны взаимодействия с электролитом.

Устройство обратной связи содержит необходимые измерительные датчики (датчик температуры и/или шунт для измерения тока, а также другие датчики, например, давления, и т.п.) и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение (в сигнал управления) для подачи его на управляющий электрод. Устройство обратной связи служит для стабилизации выходных параметров.

Аккумулятор состоит из основного и дополнительного аккумуляторов, расположенных в одном корпусе, с ним и/или вне корпуса с основным аккумулятором, и выводы которого могут быть расположены и/или внутри и/или с наружи корпуса. Дополнительный аккумулятор используется в качестве источника напряжения, предназначенного для подачи его на управляющий электрод. Для увеличения продолжительности функционирования основного аккумулятора дополнительный аккумулятор может функционировать одновременно с внешним дополнительным источником.

Аккумулятор выполнен с возможностью зарядки от другого аккумулятора.

В качестве электролита возможно использование любого материала, обеспечивающего функционирование электрохимического устройства. Например, электролит может быть выполнен твердым или представлять собой раствор, в котором расположены отрицательный и положительный электроды, управляющий электрод и сепаратор.

Кроме того, возможна работа аккумулятора при подаче на управляющий электрод переменного напряжения от источника напряжения, который может находиться как вне зоны взаимодействия с электролитом, так и вне корпуса аккумулятора.

Кроме того на управляющий электрод возможна подача переменного напряжение от устройства обратной связи, источник напряжения которого может находиться в корпусе аккумулятора или вне корпуса аккумулятора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена примерная схема сборки электрохимического аккумулятора.

Пример осуществления заявленного изобретения.

Электрохимический аккумулятор содержит в корпусе электродную сборку, имеющую отрицательный (катод) 1 и положительный (анод) 2 электроды, раствор электролита, управляющий электрод 3, связанный с источником напряжения, сепаратор 4 и устройство обратной связи (не показано), которое предназначено для стабилизации выходных параметров аккумулятора и находится вне зоны взаимодействия с электролитом.

Управляющий электрод 3 находится между отрицательным 1 и положительным 2 электродами и отделен от них сепаратором 4 или диэлектриком (покрыт химически нейтральным изолятором).

Устройство обратной связи соединено при помощи электронной схемы с управляющим электродом 3.

Управляющий электрод 3 выполнен металлическим и проницаемым (с проницаемыми калиброванными отверстиями) для прохождения заряженных частиц. К нему подключаются соответствующие сигналы, необходимые для регулирования выходных параметров аккумулятора.

Кроме того, в момент зарядки/разрядки или циклирования, а также в штатном режиме, применение управляющего электрода 3 позволяет управлять функциональной основой аккумулятора - потоком заряженных частиц, создающих ток заряда или разряда, что не допускает изменения температуры, тока, напряжения, давления и т.п. То есть появляется возможность не прерывать ток, заряда или разряда, а управлять им, и не доводить до критических значений заданные параметры, что сохраняет работу аккумулятора на более длительный срок. Кроме того, управляющий электрод 3 может быть покрыт химически нейтральным изолятором.

Устройство обратной связи может содержать необходимые датчики измерения температуры, давления, силы тока и т.п. и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение и подачи его на управляющий электрод.

Описание работы аккумулятора в динамике.

В электрохимический аккумулятор между отрицательным и положительным электродами устанавливается управляющий металлический, проницаемый (дополнительный) электрод.

Управляющий электрод отделяется от отрицательного и положительного электродов сепаратором (как один из вариантов изготовления аккумулятора).

По окончании сборки аккумулятора, при проведении процесса зарядки, на управляющий электрод подается напряжение и, при помощи устройства обратной связи, будут поддерживаться заданные параметры аккумулятора путем управления потоком заряженных частиц, ускоряя их или замедляя их. Таким образом, появляется возможность регулировать ток заряда/разряда и осуществлять более равномерное осаждение частиц на поверхности электрода.

Управлять подачей входных сигналов во время зарядки/разрядки будет зарядное устройство (как один из вариантов). Принципиально аккумулятор может работать и без устройства обратной связи.

Дополнительный аккумулятор предназначен для обеспечения подачи напряжения на управляющий электрод.

Кроме того в предлагаемом аккумуляторе возможно получить на выходных клеммах переменное напряжение за счет подачи переменного (гармонического или импульсного) напряжения на управляющий электрод от отдельного источника.

Указанное выше удостоверяет, что заявленный аккумулятор обладает повышенным ресурсом, надежностью и длительностью эксплуатации при использовании управляющего электрода с отверстиями для протекания заряженных частиц, дополнительного аккумулятора и устройства обратной связи, т.е. автоматической регулировкой управляющего напряжения.

1. Электрохимический аккумулятор, характеризующийся тем, что содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды основного аккумулятора, взаимодействующие с электролитом, при этом между отрицательным и положительным электродами основного аккумулятора установлен металлический управляющий электрод с проницаемыми калиброванными отверстиями, связанный с источником напряжения и выполненный с возможностью управления током заряда/разряда.

2. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что источник напряжения для управляющего электрода расположен вне зоны взаимодействия с электролитом и представляет собой внешний источник постоянного или переменного напряжения или дополнительный аккумулятор, расположенный в одном корпусе с основным аккумулятором и выводы которого расположены снаружи корпуса.

3. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод расположен в корпусе в окружении сепаратора.

4. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод покрыт химически стойким изолятором.

5. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод покрыт химически стойким изолятором и расположен в окружении сепаратора.

6. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что содержит устройство обратной связи, управляющее подачей соответствующего сигнала на управляющий электрод и установленное вне зоны взаимодействия с электролитом.

7. Аккумулятор по п. 4 или 5, характеризующийся тем, что управляющий электрод выполнен в виде металлической сетки.

8. Аккумулятор по п. 2, характеризующийся тем, что выводы дополнительного аккумулятора и управляющего электрода расположены и/или внутри и/или снаружи корпуса аккумулятора.

9. Аккумулятор по п. 6, характеризующийся тем, что устройство обратной связи содержит измерительные датчики и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение для подачи его на управляющий электрод.

10. Аккумулятор по п. 7, характеризующийся тем, что на управляющий электрод подают управляющее напряжение при использовании коммутирующей схемы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройству коммутации в аккумуляторных батареях, в том числе в тяговых литиевых аккумуляторных батареях. Твердотельный контактор для аккумуляторных батарей содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой.

Изобретение относится к области вторичных, перезаряжаемых источников питания, в частности к аккумуляторным устройствам, и может найти применение в портативных системах передачи информации.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, используемых для энергообеспечения потребителей на космических аппаратах.

Предложен электрод для использования в усовершенствованной батарее с проточным электролитом и блок элементов для батареи, причем каждый блок элементов образован из проточных рамок, расположенных между торцевыми элементами.

Настоящее изобретение в целом относится к системам передачи энергии и зарядным устройствам для аккумуляторных батарей и, в частности, к способу и системе для беспроводной передачи энергии посредством передачи микроволнового излучения для питания устройства, требующего электрической энергии.

Изобретение относится к блокировке зарядного порта транспортного средства. Устройство блокировки зарядного порта содержит зарядный порт транспортного средства, к которому подключается зарядный соединитель для подачи мощности заряда в аккумулятор; зацепляющий элемент на зарядном соединителе, ограничивающий отсоединение соединителя от зарядного порта и обеспечивающий отсоединение соединителя от зарядного порта.

Изобретение относится к управлению крутящим моментом и системе бесконтактной зарядки. Устройство управления крутящим моментом содержит средство обнаружения угла открытия акселератора; средство задания крутящего момента, приводящего в движение транспортное средство; и средство управления крутящим моментом для коррекции крутящего момента.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использована в батареях электрических накопителей энергии различного типа. Технический результат - повышение эффективности выполнения традиционных функций по мониторингу, балансировке и защите, обеспечение требуемых для надежной эксплуатации батареи температурных и помехоустойчивых условий ее работы.

Группа изобретений относится к блоку энергоснабжения, сухопутному транспортному средству, станции замены и способу замены блока энергоснабжения сухопутного транспортного средства.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для зарядки устройства накопления энергии, установленного в транспортном средстве. Техническим результатом является повышение надежности связи накопителя энергии с источником энергии, внешним по отношению к транспортному средству.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности балансировки токов батарейных участков, исключение быстрого дисбаланса отдельных батарейных участков, повышение быстродействия.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности балансировки токов батарейных участков, исключение быстрого дисбаланса отдельных батарейных участков, повышение быстродействия.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системе управления зарядкой и способу зарядки литий-серного элемента, содержащему этапы определения емкости разрядки, Qn, элемента в ходе цикла n зарядки-разрядки, вычисления значения a⋅Qn, где а=1,05-1,4, и в последующем цикле зарядки-разрядки, n+x, где x является целым числом от 1 до 5, проведения зарядки элемента до емкости Qn+x, которая равна a⋅Qn.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу зарядки и системе управления для зарядки литий-серного аккумулятора. Способ зарядки литий-серного элемента включает этапы контроля напряжения V элемента в процессе зарядки как функции времени t или емкости Q, определения в области напряжений, в которой элемент переходит между первой стадией и второй стадией зарядки, опорной емкости Qref элемента, при которой dV/dt или dV/dQ максимально, завершения зарядки, когда емкость элемента достигает a.Qref, где а составляет 1,1-1,4.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу и устройству для контроля работы аккумуляторной батареи и выявления по меньшей мере одного отклонения от нормы в аккумуляторной батарее посредством использования сравнительного сигнала.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является повышение эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации.

Группа изобретений относится к аккумуляторам для транспортных средств с питанием от собственных источников. Способ регулирования работы металло-воздушной батареи заключается в том, что регулируют по меньшей мере один из следующих параметров: электрический ток, вырабатываемый батареей, температура батареи, температура электролита и напряжение, вырабатываемое батареей.
Изобретение относится к области электротехники и направлено на повышение эффективности работы аккумулятора и увеличение ресурса его работы за счет применения в качестве нагревательного элемента управляющего электрода, при помощи которого поддерживаются заданные выходные параметры аккумулятора, а при низкой температуре нагревается непосредственно электролит, что приводит к сокращению времени подготовки аккумулятора к его использованию.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу циклирования литий-серного элемента, причем указанный способ содержит разрядку литий-серного элемента, завершение разрядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения разрядки, которое находится в диапазоне от 1,5 до 2,1 В, зарядку литий-серного элемента и завершение зарядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения зарядки, которое находится в диапазоне от 2,3 до 2,4 В.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическому аккумулятору, в котором установлен металлический управляющий электрод. Электрохимический аккумулятор содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды, взаимодействующие с электролитом, между которыми также установлен управляющий электрод, расположенный в окружении сепаратора, при этом вспомогательный управляющий электрод покрыт стойким химическим изолятором и выполнен с проницаемыми для электролита калиброванными отверстиями и связан с внешним источником тока. Повышение эффективности работы электрохимического аккумулятора, а также повышение срока его службы является техническим результатом изобретения. Управляющий электрод обеспечивает эффективное проведение процесса зарядкиразрядки аккумулятора в процессе штатной работы аккумулятора. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх