Акумуляторна батарея
Формула / Реферат
1. Батарея акумуляторів, що містить одну або декілька збірок акумуляторів, корпуси яких мають форму циліндрів, з'єднаних послідовно для забезпечення робочої напруги, підключених паралельно на загальні шини (+) і (-) для забезпечення робочого струму, в ланцюзі підключення кожного акумулятора до однієї з шин знаходиться елемент захисту від перевантаження по струму (8), батарея додатково містить схему контролю акумуляторів (BMS), що вимірює напругу на кожному акумуляторі і шинах збірок, BMS підтримує напругу на шинах збірки в заданому діапазоні та здійснює загальний контроль за роботою батареї за допомогою контролера, контролер здійснює контроль за роботою встановлених в батареї цифрових температурних датчиків та за допомогою CAN-шини формує і передає на зовнішні пристрої інформаційні та керуючі сигнали про стан батареї, стан системи рідинного охолодження (нагрівання) корпусів акумуляторів, за допомогою контролера проходить постійний моніторинг стану нагрівання циліндричних елементів живлення та швидкості протоку рідини (5), що омиває 100 % поверхні кожного елемента, система рідинного охолодження відрізняється від існуючих систем тим, що вона забезпечує оптимальну робочу температуру батареї в інтервалі від +8 до +37 градусів С та виконана у вигляді замкнутого рідинного контуру, що містить наступні складові:
ємність з робочою рідиною, рідинний насос, нагрівач робочої рідини, клапани, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії нагрівача, охолоджувач (кондиціонер) робочої рідини, систему клапанів, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії охолоджувача, температурні датчики, трубопроводи дію протоку робочої рідини в системі забезпечення оптимальної робочої температури батареї, систему клапанів для регулювання подачі (4) в контейнери (3) батареї робочої рідини (5) з оптимальною робочою температурою і відведення робочої рідини (1) із контейнерів для протоку в зону дії нагрівача або зону дії охолоджувача робочої рідини, контролер забезпечує регулювання температури в зоні дії нагрівача та охолоджувача по ПІД-закону,
,
де ,
,
- пропорційний, інтегральний та диференційний коефіцієнти регулювання відповідно (ПІД коефіцієнти), а ПІД-регулятор та датчики температури здійснюють управління та керування режимами рідинного контуру та передача по CAN-шині інформації до контролера.
2. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню електричної іскри і, як наслідок, електричної дуги, для з'єднання елементів у збірці використовуються самовідновлювальні запобіжники у керамічному корпусі (8) (полімерний пристрій з плюсовим температурним коефіцієнтом опору, використовується в системі захисту елементів живлення при перевищенні струмового порогу), опір у спрацьованому стані залежить від підведеної напруги та потужності, що розсіюється на пристрої
вираховується за формулою:
,
а після відключення живлення на акумуляторній батареї по закінченню деякого часу зменшується внутрішній опір запобіжників, що призводить до їх самовідновлення. полімерний самовідновлювальний запобіжник встановлюється на кожний циліндричний елемент живлення збоку від мінусового електрода. Запобіжний являє собою матрицю із полімеру, що не проводить струм, змішаного з технічним вуглецем, у холодному стані полімер кристалізований, а простір між кристалами заповнений частинками вуглецю, що створюють безліч ланцюжків, які проводять струм.
3. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню електричних іскор в ній встановлена система гасіння іскор у вигляді замкнутого контуру інертного газу, який містить наступні складові: ємність (балон) з інертним газом (1) під тиском, клапан (2), що забезпечує подачу інертного газу в замкнутий контур гасіння іскор, датчик тиску (7) інертного газу в замкнутому контурі, ємність (мембранний балон) (8), що забезпечує регулювання тиску в замкнутому контурі інертного газу, клапан мембранного балона (10), що забезпечує регулювання тиску інертного газу в замкнутому контурі, компресор (11), контролер (6), що забезпечують керування режимами функціонування складових замкнутого контуру інертного газу, використовується хвильовий метод руху інертного газу, процес починається з подачі від балону (1) газу через клапан (2) до герметичного корпусу батареї, газ заповнює весь внутрішній простір та створює тиск, який відрізняється від атмосферного, а з другого боку знаходиться повітряний компресор, який накачує тиск повітря через клапан (10) та подає його до мембранного баку (8) - зустрічається тиск інертного газу та тиск повітря, в результаті цього мембрана знаходиться у стані спокою та має рівномірний стан, а далі відбувається відкриття клапана (10), а саме тиск повітря падає, в результаті інертний газ переміщується у бак (8) і вигинає мембрану, відбувся зсув газу всередині батареї у силікогелевий блок (4), тим самим система очистилася від частинок вологи, далі за командою контролера відбувається включення компресора та відкриття клапана (10), повітря під тиском відновлює стан мембрани (відбувся реверс руху інертного газу, система проконтролювала стан герметичності та цілісності всієї батареї).
4. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню пожежі при аварійних ситуаціях (внаслідок ДТП та ін..) в ній встановлена система гасіння пожежі у вигляд контуру подачі протипожежного порошку (4), контур містить наступні складові: ємність (балон) з пожежним порошком (4) під тиском, клапан (3), що забезпечує подачу протипожежного порошку в контур та заповнення ним всього внутрішнього простору батареї з виходом його у зоні розлому і таким чином блокується надходження кисню до батареї та блокується загоряння.
Текст
Реферат: Батарея акумуляторів містить одну або декілька збірок акумуляторів, корпуси яких мають форму циліндрів, з'єднаних послідовно для забезпечення робочої напруги, підключених паралельно на загальні шини (+) і (-) для забезпечення робочого струму, в ланцюзі підключення кожного акумулятора до однієї з шин знаходиться елемент захисту від перевантаження по струму (8), батарея додатково містить схему контролю акумуляторів (BMS), що вимірює напругу на кожному акумуляторі і шинах збірок, BMS підтримує напругу на шинах збірки в заданому діапазоні та здійснює загальний контроль за роботою батареї за допомогою контролера, контролер здійснює контроль за роботою встановлених в батареї цифрових температурних датчиків та за допомогою CAN-шини формує і передає на зовнішні пристрої інформаційні та керуючі сигнали про стан батареї, стан системи рідинного охолодження (нагрівання) корпусів акумуляторів, за допомогою контролера проходить постійний моніторинг стану нагрівання циліндричних елементів живлення та швидкості протоку рідини (5), що омиває 100 % поверхні кожного елемента, система рідинного охолодження причому вона забезпечує оптимальну робочу температуру батареї в інтервалі від +8 до +37 градусів С та виконана у вигляді замкнутого рідинного контуру, що містить наступні складові: ємність з робочою рідиною, рідинний насос, нагрівач робочої рідини, клапани, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії нагрівача, охолоджувач (кондиціонер) робочої рідини, систему клапанів, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії охолоджувача, температурні датчики, трубопроводи дію протоку робочої рідини в системі забезпечення оптимальної робочої температури батареї, систему клапанів для регулювання подачі (4) в контейнери (3) батареї робочої рідини (5) з оптимальною робочою температурою і відведення робочої рідини (1) із контейнерів для протоку в зону дії нагрівача або зону дії охолоджувача робочої рідини, контролер забезпечує регулювання температури в зоні дії нагрівача та охолоджувача по ПІД-закону, 100 1 1 dT ( T Tdt Kd ), Kp Ki 0 dt де Kp , Ki , Kd - пропорційний, інтегральний та диференційний коефіцієнти регулювання N відповідно (ПІД коефіцієнти), а ПІД-регулятор та датчики температури здійснюють управління та керування режимами рідинного контуру та передача по CAN-шині інформації до контролера. UA 122631 U (54) АКУМУЛЯТОРНА БАТАРЕЯ UA 122631 U UA 122631 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехнічної промисловості і може бути використана при розробці стаціонарних та тягових акумуляторних батареї великої потужності із збільшеним експлуатаційним ресурсом. Одна з проблем, що виникають при експлуатації акумуляторної батареї, пов'язана більшою мірою з трьома фізичними чинниками: силовим, температурним та терміном експлуатації. Силові дії виникають тільки при використанні акумуляторної батареї на транспортних засобах у вигляді вібрацій та механічних поштовхів. Температурна проблема пов'язана з умовами експлуатації батареї у різних кліматичних зонах. При експлуатації батареї повинна враховуватися оптимальна робоча внутрішня температура стандартних акумуляторів, яка складає від +8 до +37 градусів С. Підвищення температури значно зменшує ресурс батареї. При стабілізації оптимального температурного діапазону акумуляторів термін експлуатації може досягти 10 років, а точне дотримання паспортних умов є гарантією безвідмовної роботи технічного пристрою в межах 1000 циклів. Крім того, оскільки від температури акумулятора залежить його розрядна ємність, при температурних перекосах між окремими акумуляторами в батареї при розряді може спостерігатися неоднакова віддача ємності. Таким чином, йдеться не тільки про нагрів та охолодження, а й про забезпечення стабільної робочої температури незалежно від зовнішніх умов по всьому об'єму блока зі збірками акумуляторів. В зимовий період та при експлуатації в антарктичних умовах, де зовнішня температура може бути найнижчою (до -60 градусів С), необхідно вивести акумуляторну батарею (на основі елементів) на нагрів в робочому діапазоні. Під час роботи в акумуляторі з'являється внутрішнє джерело теплової енергії. Ним є шари активної речовини ((+) та (-) електроди та електроліт), в яких відбуваються електрохімічні реакції фазових перетворень, що є наслідком виходу електроенергії та подачі струму до споживача. У всіх цих випадках з фізичного боку справа зводиться до організації теплообміну між акумуляторною батареєю і рухливим теплоносієм. З метою виведення надлишкової або притоку бракуючої теплової енергії для утримання оптимального температурного інтервалу відбувається зрівнювання температурного режиму всіх акумуляторів, які знаходяться в батареї. Проблема стабілізації температури в межах робочого діапазону набуває особливого значення для циліндричних акумуляторів підвищеної ємності, розрахованих на обслуговування потужних агрегатів. Для таких акумуляторів відведення тепла з внутрішніх шарів дуже ускладнюється. При довготривалих розрядах та потужних зарядах тепло, що виділяється, накопичується і у циліндричному акумуляторі може спрацювати внутрішній клапан скидання зайвого тиску, що призведе до викидів у зовнішнє середовище частини електроліту, який є агресивним середовищем для циліндричної оболонки акумулятора. Все це призводить до зменшення ємності та фізичної деградації його корпусу через окислювальних процесів, у яких бере участь кисень. В основу технічного рішення поставлена технічна задача удосконалення конструкції "БАТАРЕЇ АКУМУЛЯТОРІВ", яка містить одну або декілька збірок акумуляторів Фіг. 1, корпуси яких мають форму циліндрів, з'єднаних послідовно для забезпечення робочої напруги, підключених паралельно на загальні шини (+) і (-) для забезпечення робочого струму Фіг. 7. В ланцюзі підключення кожного акумулятора до однієї з шин знаходиться елемент захисту від перевантаження по струму (8) Фіг. 2. Батарея додатково містить схему контролю акумуляторів (BMS) Фіг. 7, що вимірює напругу на кожному акумуляторі і шинах збірок. BMS підтримує напругу на шинах збірки в заданому діапазоні та здійснює загальний контроль за роботою батареї за допомогою контролера. Контролер здійснює контроль за роботою встановлених в батареї цифрових температурних датчиків Фіг. 7 та за допомогою CAN-шини формує і передає на зовнішні пристрої інформаційні та керуючі сигнали про стан батареї, стан системи рідинного охолодження (нагрівання) корпусів акумуляторів. За допомогою контролера проходить постійний моніторинг стану нагрівання циліндричних елементів живлення та швидкості протоку рідини (5) Фіг. 2, що омиває 100 % поверхні кожного елемента, в якій за рахунок того, що система рідинного охолодження забезпечує оптимальну робочу температуру батареї в інтервалі від +8 до +37 градусів С та виконана у вигляді замкнутого рідинного контуру Фіг. 10, що містить наступні складові: ємність з робочою рідиною, рідинний насос, нагрівач робочої рідини, клапани, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії нагрівача, охолоджувач (кондиціонер) робочої рідини, систему клапанів, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії охолоджувача, температурні датчики Фіг. 7, трубопроводи для протоку робочої рідини в системі забезпечення оптимальної робочої температури батареї, систему клапанів для регулювання подачі (4) Фіг. 2 в контейнери (3) Фіг. 2 батареї робочої рідини (5) Фіг. 2 з оптимальною робочою температурою і відведення робочої рідини (1) Фіг. 2 із контейнерів для протоку в зону дії нагрівача або зону дії охолоджувача робочої рідини. Контролер забезпечує регулювання температури в зоні дії нагрівача та охолоджувача по ПІД-закону Фіг. 7, Фіг. 10. 1 UA 122631 U N 5 10 100 1 ( T Kp Ki 20 25 30 35 40 45 50 55 Tdt Kd dt ) , dT 0 де Kp , Ki , Kd - пропорційний, інтегральний та диференційний коефіцієнти регулювання відповідно (ПІД коефіцієнти). За допомогою ПІД-регулятора та датчиків температури здійснюється управління та керування режимами рідинного контуру та передача по CAN-шині інформації до контролера. Крім цього "Батарея акумуляторів" характеризується тим, що для протидії виникненню електричної іскри і, як наслідок, електричної дуги, для з'єднання елементів у збірці використовуються самовідновлювальні запобіжники у керамічному корпусі (8) Фіг. 2 (полімерний пристрій з плюсовим температурним коефіцієнтом опору, використовується в системі захисту елементів живлення при перевищенні струмового порогу). Опір у спрацьованому стані залежить від підведеної напруги U та потужності, що розсіюється на пристрої Pd . Вираховується за формулою: Rt 15 1 U2 Pd Після відключення живлення на акумуляторній батареї по закінченню деякого часу зменшується внутрішній опір запобіжників, що призводить до їх самовідновлення. Полімерний самовідновлювальний запобіжник встановлюється на кожний циліндричний елемент живлення збоку від мінусового електрода. Запобіжний являє собою матрицю із полімеру, що не проводить струм, змішаного з технічним вуглецем. У холодному стані полімер кристалізований, а простір між кристалами заповнений частинками вуглецю, що створюють безліч ланцюжків, які проводять струм. Батарея акумуляторів характеризується тим, що для протидії виникненню електричних іскор в ній встановлена система гасіння іскор у вигляді замкнутого контуру інертного газу Фіг. 5, який містить наступні складові: ємність (балон) з інертним газом (1) під тиском, клапан (2), що забезпечує подачу інертного газу в замкнутий контур гасіння іскор, датчик тиску (7) інертного газу в замкнутому контурі, ємність (мембранний балон) (8), що забезпечує регулювання тиску в замкнутому контурі інертного газу, клапан мембранного балона (10), що забезпечує регулювання тиску інертного газу в замкнутому контурі, компресор (11), контролер (6), що забезпечують керування режимами функціонування складових замкнутого контуру інертного газу Фіг. 5. Використовується хвильовий метод руху інертного газу. Процес починається з подачі від балону (1) газу через клапан (2) до герметичного корпусу батареї. Газ заповнює весь внутрішній простір та створює тиск, який відрізняється від атмосферного. З другого боку знаходиться повітряний компресор, який накачує тиск повітря через клапан (10) та подає його до мембранного баку (8) - зустрічається тиск інертного газу та тиск повітря, в результаті цього мембрана знаходиться у стані спокою та має рівномірний стан. Далі відбувається відкриття клапана (10), а саме тиск повітря падає, в результаті інертний газ переміщується у бак (8) і вигинає мембрану. Відбувся зсув газу всередині батареї у силікогелевий блок (4) Фіг. 4, тим самим система очистилася від частинок вологи. Далі за командою контролера відбувається включення компресора та відкриття клапана (10), повітря під тиском відновлює стан мембрани (відбувся реверс руху інертного газу, система проконтролювала стан герметичності та цілісності всієї батареї). Батарея акумуляторів характеризується тим, що для протидії виникненню пожежі при аварійних ситуаціях (внаслідок ДТП та ін…) в ній встановлена система гасіння пожежі у вигляд контуру подачі протипожежного порошку (4) Фіг. 1. Контур містить наступні складові Фіг. 5: ємність (балон) з пожежним порошком (4) під тиском, клапан (3), що забезпечує подачу протипожежного порошку в контур та заповнення ним всього внутрішнього простору батареї з виходом його у зоні розлому. Таким чином блокується надходження кисню до батареї та блокується загоряння. Як видно із опису технічної суті, технічне рішення, яке заявляється, є новим. В основу технічного рішення встановлена технічна задача удосконалення конструкції "БАТАРЕЇ АКУМУЛЯТОРІВ", яка містить одну або декілька збірок акумуляторів, корпуси яких мають форму циліндрів, з'єднаних послідовно для забезпечення робочої напруги, підключених паралельно на загальні шини (+) і (-) для забезпечення робочого струму. В ланцюзі підключення кожного акумулятора до однієї з шин знаходиться елемент захисту від перевантаження по струму. Батарея додатково містить схему контролю акумуляторів (BMS), що вимірює напругу на кожному акумуляторі і шинах збірок. BMS підтримує напругу на шинах збірки в заданому діапазоні та здійснює загальний контроль за роботою батареї за допомогою контролера. Контролер здійснює контроль за роботою встановлених в батареї цифрових температурних 2 UA 122631 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 датчиків та за допомогою CAN-шини формує і передає на зовнішні пристрої інформаційні та керуючі сигнали про стан батареї, стан системи рідинного охолодження (нагрівання) корпусів акумуляторів. За допомогою контролера проходить постійний моніторинг стану нагрівання циліндричних елементів живлення та швидкості протоку рідини, що омиває 100 % поверхні кожного елемента. Відомо, що виробники акумуляторних батарей концентрують свої зусилля на поліпшенні характеристик акумуляторів, при цьому в тому числі змінюючи структуру електродів, розробляючи різноманітні види електролітів та ін. Самими енергоємними та такими, що виробляються масово, є літій-іонні акумулятори. Завантажуючи все більше та більше енергії в один і той самий об'єм батареї, виробникам не вдається отримати ідеальний акумулятор, який міг би працювати дуже продуктивно при температурі навколишнього середовища від -60 до +60 градусів С. Автором досліджений рівень техніки в даній галузі, а особливо досліджена інформація від автовиробників, які витратили дуже багато коштів і часу на вирішення цієї проблеми та не отримали бажаний результат, та була створена принципово нова конструкція акумуляторної батареї. Автомобільна компанія TESLA створила автомобіль з пробігом до 600 км/год., застосувавши енергоємний літій-іонний акумулятор на основі елементів 18650 у кількості 7104 штуки та розмістивши 100 кВт батарею на все днище автомобіля. Автором була досліджена акумуляторна батарея з автомобіля TESLA S., в якій використана функція рідинного пасивного підігріву елементів, дуже примітивна система, адже вона не забезпечує стабілізацію температури у всьому об'ємі батареї. Це призводить до того, що зарядити акумуляторну батарею TESLA S до 80 % можливо тільки за 40 хвилин, а система пожежогасіння взагалі відсутня у всіх виробників електроавтомобілів. Це сприяло початку конструювання нового типу батареї. Було проведено безліч експериментів та відпрацьована технологія стабілізації температури акумуляторної батареї при температурі навколишнього середовища від -60 до +60 градусів С. Потім було вирішено питання по терміну використання батареї. Час безперервної стабільної роботи повинен скласти 10 років. Ця система є універсальною на початковому етапі пожежогасіння, потім вона переходить на більш складний рівень і в результаті не допускає загоряння внаслідок ДТП та ін… Слід відзначити, що нова батарея здатна зарядитися до 90-95 % всього за 20 хвилин без будь-якої шкоди для елементів живлення, і це підтверджено експериментально, Таким чином, технічний результат досягається за рахунок того, що теплообмін при охолоджуванні бокових стінок циліндрів акумуляторів набуває найкращого ефекту внаслідок того, що його тіло має невеликий зовнішній діаметр (від 12 мм до 26 мм), при цьому електроди складаються із мідної та латунної стрічок, які є щільно скручені і між ними знаходиться електроліт. Пропонована конструкція акумуляторної батареї дозволяє змінити алгоритм заряду/розряду даного типу акумуляторних елементів, а в сукупності з приєднаними цифровими датчиками температури до (-) електрода на кожний елемент ми отримуємо повний моніторинг теплового нагріву елементів живлення. За допомогою зовнішнього теплообмінника (5) Фіг. 3, виготовленого з металу з великою тепловіддачею, занурюємо кожний циліндричний елемент (2) Фіг. 2 у свій циліндричний корпус, навколо якого протікає рідина. Відбувається обтікання всієї збірки елементів, що знаходяться в циліндричних капсулах (2) Фіг. 3. Де (1) - це пористий діелектричний сепаратор-встановлений у циліндричний стакан теплообмінника (2). Його омиває по всій площині рідина (3). А пористий діелектричний стакан (1) заповнюють теплопровідним силіконом (6). За допомогою такої конструкції забезпечується рівномірний температурний прогрів чи охолодження всіх циліндричних акумуляторів, які знаходяться у збірці (1) Фіг. 4. Це забезпечує стабільну температуру електроліту, що знаходиться у сепараторі. Ємність всіх елементів живлення акумуляторів знаходиться у одному вимірювальному діапазоні. Так як теплоносій рідинний, то застосовується система циркуляції, яка включає в себе насос, теплообмінник і контур відведення і повернення теплоносія. Система охолодження або нагріву підтримує середню температуру в збірках (1) Фіг. 4, а потім і в модулях батареї (6) Фіг. 4 від +8 до +37 градусів С Різниця температур між моделями сягає менш, ніж 1 градус С. Таким чином, метою технічного рішення є збільшення інтенсивності і рівномірності теплообміну у всіх зонах акумуляторної батареї без істотної зміни її габаритів, що призводить до збільшення ефективного управління її тепловим режимом, а також до поліпшення експлуатаційних характеристик і подовження терміну служби батареї. Для запобігання замикання циліндричних елементів живлення при встановленні в металічний теплообмінник та 3 UA 122631 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 покращення теплопровідності між двома металічними стінками встановлений пористий діелектричний сепаратор (1) Фіг. 3, пори якого заповнені спеціальною силіконовою теплопровідною пастою. (6) Фіг. 3. Акумуляторна батарея Фіг. 1, що представлена, містить одну або декілька збірок акумуляторів, які створюють модулі (1). Вони складається з одного або декількох герметичних блоків (6). Блок акумуляторів являє собою декілька однакових модулів (1) Фіг. 1, кожен з яких зібраний із трьох збірок (1) Фіг. 4, що розташовані вертикально один над одним Фіг. 4. Кожна збірка складається із контуру терморегулювання рідини, що обтікає всі 100 % елементів живлення (2) Фіг. 2, які мають форму циліндрів. Елементи з'єднані між собою послідовно для забезпечення робочої напруги, та паралельно для забезпечення робочого струму. У кожному модулі (6) Фіг. 4 присутні датчики температури вхідної та вихідної рідини Фіг. 7. На кожному циліндричному акумуляторі зі сторони мінусового електроду зафіксовані цифрові температурні датчики (7) Фіг. 2 для моніторингу температурного стану елементів під час заряду та розряду великими струмами. Всі дані про елементи живлення за допомогою блоку балансирів (BMS) передаються на контроллер і по CAN-шині на головний бортовий комп'ютер Фіг.7. Балансири - це пристрої контролю та вирівнювання напруги на кожній банці послідовно з'єднаних акумуляторів в батареї. Використовуваний тип акумуляторів допускає їх заряд струмами до 5С. В акумуляторній батареї Фіг. 1, що патентується, закладено корисну модель, яка стосується системи пожежобезпеки (3) та (4) Фіг. 1. Вона складається з двох рівнів. Перший рівень виконує дві функції (а і б). Функція а) забезпечує безкисневе перебування елементів в акумуляторній батареї Фіг. 6. Інертний газ подається через вхідний канал (3); пересувається по діелектричному корпусу (4), контактує з позитивно зарядженими електродами акумуляторів та через вихідний канал (1) забезпечує пересування інертного газу далі. Функція б) забезпечує нейтралізацію викидів електроліту у порожнину батареї (4) Фіг. 6 внаслідок надмірного її перегріву. Розглянемо функцію а). Безкисневе перебування акумуляторів забезпечує повну зупинку окислювальних процесів всередині циліндричних елементів живлення (5) Фіг. 6, а також штучно створюється максимально допустимий внутрішньоблочний тиск (3) Фіг. 1, який відрізняється від атмосферного. Це забезпечує у разі ДТП та пошкодження батареї миттєвий викид нейтрального газу з порожнини батареї та подальшу її продувку (3) Фіг. 1, запобігає на початковому етапі загоряння та вибух. Розглянемо функцію б). У разі несанкціонованого викиду електроліту в канал (2) Фіг. 6 внаслідок перегріву елементів живлення у порожнину батареї відбувається реверсний рух інертного газу Фіг. 5, тобто випаровування електроліту та конденсату осідають у спеціальних блоках фільтрації (4) Фіг. 4. Датчики контролюють ступінь їх забруднення. Інертний газ, який знаходиться всередині герметичної батареї (6) Фіг. 1, забезпечує блокування окислювальних процесів циліндричних елементів живлення і виникнення іскор. Для запобігання виникненню іскор та електричної дуги використовуються самовідновлювальні запобіжники (8) Фіг. 2. Самовідновлювальний запобіжник - виконаний в керамічному корпусі полімерний пристрій з позитивним температурним коефіцієнтом опору, який використовується для захисту електронної апаратури. Другий рівень пожежогасіння - завершальна стадія при пошкодженні батареї і втрати її герметичності. Внаслідок втрати внутрішньо батарейного тиску відбувається викид спецпорошку (4) Фіг. 1 у пошкодженому модулі акумуляторного блоку батареї. Прототип акумуляторної батареї виготовлений з напругою 17 вольт та струмом 10 ампер та з вмонтованим балансиром (BMS) і контролером управління потоком рідини (охолодження чи підігрів) з циркуляційним насосом по ПІД-закону. Система підтримання мікроклімату акумуляторної батареї пройшла випробування в Державному центрі випробувань "Метрологія" ННЦ "Інститут метрології" під № 61/8510.П.212/07-16 від 25.07.2016 р. та отримала висновок: випробовуваний зразок системи підтримання мікроклімату акумуляторної батареї відповідає вимогам ГОСТ 12.2.007.12-88, ГОСТ 15150-69. Як видно із опису технічного рішення воно є новим, промислово придатним та може бути використане у промисловості для виготовлення акумуляторної батареї. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Батарея акумуляторів, що містить одну або декілька збірок акумуляторів, корпуси яких мають форму циліндрів, з'єднаних послідовно для забезпечення робочої напруги, підключених 4 UA 122631 U 5 10 15 20 паралельно на загальні шини (+) і (-) для забезпечення робочого струму, в ланцюзі підключення кожного акумулятора до однієї з шин знаходиться елемент захисту від перевантаження по струму (8), батарея додатково містить схему контролю акумуляторів (BMS), що вимірює напругу на кожному акумуляторі і шинах збірок, BMS підтримує напругу на шинах збірки в заданому діапазоні та здійснює загальний контроль за роботою батареї за допомогою контролера, контролер здійснює контроль за роботою встановлених в батареї цифрових температурних датчиків та за допомогою CAN-шини формує і передає на зовнішні пристрої інформаційні та керуючі сигнали про стан батареї, стан системи рідинного охолодження (нагрівання) корпусів акумуляторів, за допомогою контролера проходить постійний моніторинг стану нагрівання циліндричних елементів живлення та швидкості протоку рідини (5), що омиває 100 % поверхні кожного елемента, система рідинного охолодження відрізняється від існуючих систем тим, що вона забезпечує оптимальну робочу температуру батареї в інтервалі від +8 до +37 градусів С та виконана у вигляді замкнутого рідинного контуру, що містить наступні складові: ємність з робочою рідиною, рідинний насос, нагрівач робочої рідини, клапани, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії нагрівача, охолоджувач (кондиціонер) робочої рідини, систему клапанів, що забезпечують протікання робочої рідини у зоні дії охолоджувача, температурні датчики, трубопроводи дію протоку робочої рідини в системі забезпечення оптимальної робочої температури батареї, систему клапанів для регулювання подачі (4) в контейнери (3) батареї робочої рідини (5) з оптимальною робочою температурою і відведення робочої рідини (1) із контейнерів для протоку в зону дії нагрівача або зону дії охолоджувача робочої рідини, контролер забезпечує регулювання температури в зоні дії нагрівача та охолоджувача по ПІД-закону, 100 1 1 dT (T Tdt Kd ), Kp Ki 0 dt де Kp , Ki , Kd - пропорційний, інтегральний та диференційний коефіцієнти регулювання N 25 30 відповідно (ПІД коефіцієнти), а ПІД-регулятор та датчики температури здійснюють управління та керування режимами рідинного контуру та передача по CAN-шині інформації до контролера. 2. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню електричної іскри і, як наслідок, електричної дуги, для з'єднання елементів у збірці використовуються самовідновлювальні запобіжники у керамічному корпусі (8) (полімерний пристрій з плюсовим температурним коефіцієнтом опору, використовується в системі захисту елементів живлення при перевищенні струмового порогу), опір у спрацьованому стані залежить від підведеної напруги U та потужності, що розсіюється на пристрої Pd вираховується за формулою: Rt 35 40 45 50 55 U2 , Pd а після відключення живлення на акумуляторній батареї по закінченню деякого часу зменшується внутрішній опір запобіжників, що приводить до їх самовідновлення, полімерний самовідновлювальний запобіжник встановлюється на кожний циліндричний елемент живлення збоку від мінусового електрода, запобіжник являє собою матрицю із полімеру, що не проводить струм, змішаного з технічним вуглецем, у холодному стані полімер кристалізований, а простір між кристалами заповнений частинками вуглецю, що створюють безліч ланцюжків, які проводять струм. 3. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню електричних іскор в ній встановлена система гасіння іскор у вигляді замкнутого контуру інертного газу, який містить наступні складові: ємність (балон) з інертним газом (1) під тиском, клапан (2), що забезпечує подачу інертного газу в замкнутий контур гасіння іскор, датчик тиску (7) інертного газу в замкнутому контурі, ємність (мембранний балон) (8), що забезпечує регулювання тиску в замкнутому контурі інертного газу, клапан мембранного балона (10), що забезпечує регулювання тиску інертного газу в замкнутому контурі, компресор (11), контролер (6), що забезпечують керування режимами функціонування складових замкнутого контуру інертного газу, використовується хвильовий метод руху інертного газу, процес починається з подачі від балону (1) газу через клапан (2) до герметичного корпусу батареї, газ заповнює весь внутрішній простір та створює тиск, який відрізняється від атмосферного, а з другого боку знаходиться повітряний компресор, який накачує тиск повітря через клапан (10) та подає його до мембранного баку (8) - зустрічається тиск інертного газу та тиск повітря, в результаті цього мембрана знаходиться у стані спокою та має рівномірний стан, а далі відбувається відкриття клапана (10), а саме тиск повітря падає, в результаті інертний газ переміщується у бак (8) і вигинає мембрану, відбувся зсув газу всередині батареї у силікогелевий блок (4), тим самим 5 UA 122631 U 5 10 система очистилася від частинок вологи, далі за командою контролера відбувається включення компресора та відкриття клапана (10), повітря під тиском відновлює стан мембрани (відбувся реверс руху інертного газу, система проконтролювала стан герметичності та цілісності всієї батареї). 4. Батарея акумуляторів за п. 1, яка відрізняється тим, що для протидії виникненню пожежі при аварійних ситуаціях (внаслідок ДТП та ін.) в ній встановлена система гасіння пожежі у вигляд контуру подачі протипожежного порошку (4), контур містить наступні складові: ємність (балон) з пожежним порошком (4) під тиском, клапан (3), що забезпечує подачу протипожежного порошку в контур та заповнення ним всього внутрішнього простору батареї з виходом його у зоні розлому і таким чином блокується надходження кисню до батареї та блокується загоряння. 6 UA 122631 U 7 UA 122631 U 8 UA 122631 U 9 UA 122631 U 10 UA 122631 U 11 UA 122631 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: H01M 10/48, H01M 4/134, H01M 4/06, H01M 2/10
Мітки: батарея, акумуляторна
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/14-122631-akumulyatorna-batareya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Акумуляторна батарея</a>
Попередній патент: Ківш драглайна з опорним колесом
Наступний патент: Спосіб профілактики та лікування гіпоксичних змін при карбоперитонеумі
Випадковий патент: Трубка електроізоляційна (тзет)