Батарея элементов тепловых химических источников тока
Владельцы патента RU 2573860:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока. Батарея содержит внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположена сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами, причем сборка электрически подключена к первому и второму выводам батареи, первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками, при этом корпус батареи снабжен дополнительным резистивным нагревательным элементом и управляемым коммутатором, причем резистивный нагревательный элемент расположен между внутренней оболочкой и вторым слоем теплоизоляции, выводы резистивного нагревательного элемента электрически подключены к выводам батареи, а один из выводов резистивного нагревательного элемента подключен к одному из выводов батареи через коммутатор. Технический результат: обеспечение надежности работы батареи на время эксплуатации более часа. 2 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), направлено на обеспечение поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, и может быть использовано в источниках электропитания как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов.
Известна батарея элементов ТХИТ (RU 2091918, опубл. 27.09.1997 г.) [1]. Согласно изобретению эта батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролитной смеси и нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом со слоями тепло- и электроизоляции. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется введением в состав сборки элементов ТХИТ и нагревательных элементов дополнительных термоаккумулирующих таблеток, представляющих собой смесь галогенидных солей с температурой плавления, соответствующей рабочей температуре, при которой осуществляется разряд элементов ТХИТ. Однако такое решение поддержания температурного режима на длительное время (более 60 мин) требует значительное количество термоаккумулирующей смеси, что существенно снижает удельные электрические характеристики батареи элементов ТХИТ.
Известна также батарея элементов ТХИТ (RU 408113, опубл. 27.12.2010)[2]. Данная батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролитной смеси и нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом со слоями тепло- и электроизоляции. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется введением в конструкцию корпуса батареи элементов ТХИТ дополнительной нагревательной втулки по периметру сборки элементов ТХИТ. Однако такое техническое решение не позволяет существенно стабилизировать температурный режим длительное время из-за того, что дополнительное количество тепла, полученное от нагревательной втулки, будет отведено из объема батареи элементов ТХИТ теплопроводностью изоляции примерно за такое же время, что и от штатных нагревательных элементов. Длительность поддержания рабочей температуры обеспечивается перегревом блока элементов ТХИТ.
Наиболее близкой к заявляемой относится батарея элементов ТХИТ (RU 84628, опубл. 10.07.2009) [3]. Известная батарея содержит внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположены сборка электрохимических элементов, электрически подключенные к первому и второму выводам батареи элементов ТХИТ, причем первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками. Требуемое условие обеспечения поддержания температурного режима, необходимого для разряда элементов ТХИТ, осуществляется конструкцией корпуса, представляющего собой герметичный сосуд с двумя стенками, между которыми находится слой изоляции с требуемыми теплоизолирующими свойствами. Однако подобное техническое решение не позволяет обеспечить поддержание температурного режима более 30 минут из-за того, что при малой толщине теплоизоляционного слоя происходит быстрый прогрев до температуры, близкой к рабочей, и, как следствие, теплоизоляция перестает работать. При большой толщине теплоизоляции последняя поглощает значительное количество тепла, что также не гарантирует стабилизацию температурного режима. Данное техническое решение относится к пассивной технологии поддержания температурного режима.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке батареи элементов ТХИТ, обеспечивающей надежность работы батареи на время эксплуатации более 1 часа.
Для решения поставленной задачи сконструирована батарея элементов тепловых химических источников тока, содержащая внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположена сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами, сборка электрически подключена к первому и второму выводам батареи, причем первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками, при этом корпус батареи снабжен дополнительным резистивным нагревательным элементом и управляемым коммутатором, причем резистивный нагревательный элемент расположен между внутренней оболочкой и вторым слоем теплоизоляции, выводы резистивного нагревательного элемента электрически подключены к выводам батареи, причем один из выводов резистивного нагревательного элемента подключен к одному из выводов батареи через коммутатор.
Резистивный нагревательный элемент и управляющий коммутатор образуют электротехнический стабилизатор температуры, который за счет использования части электрической энергии батареи элементов ТХИТ поддерживает рабочую температуру внутри корпуса батареи. Управляющий коммутатор представляет собой электронное или механическое устройство, обеспечивающее включение и прерывание электрической цепи резистивного нагревательного элемента при достижении рабочей температуры внутри корпуса батареи ТХИТ.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение батареи элементов ТХИТ, на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие изменение температуры во времени внутри корпуса батареи элементов ТХИТ, кривая 1 - без использования стабилизатора температуры, кривая 2 - с использованием стабилизатора температуры. В корпусе 1 размещена сборка 2 элементов заявленной батареи. Корпус 1 имеет внешнею 3 и внутреннею 4 герметичные оболочки, между которыми расположен слой 5 ячеистого теплоизоляционного материала типа ТЗМК или ВПЯМ в аргоновой атмосфере. Внутренняя оболочка 4 со стороны сборки 2 элементов батареи снабжена дополнительным контурным слоем 6 ячеистой теплоизоляции типа ТЗМК или ВПЯМ. Между оболочкой 4 и слоем теплоизоляционного материала 5 помещен резистивный нагревательный элемент 7, электрически соединенный с выводами 8 и 9 батареи элементов ТХИТ. Соединение резистивного нагревательного элемента с выводом 9 осуществляется через управляющий коммутатор 10.
При запуске батареи элементов ТХИТ за счет нагревательных элементов, расположенных в составе сборки элементов ТХИТ, обеспечивается температурный режим, необходимый для генерации тока. Для батарей элементов ТХИТ интервал рабочих температур находится в области от 450°С до 700°С. В дальнейшем температура внутри корпуса батареи изменяется, как показано кривой 1 фиг.2, и при снижении температуры ниже минимальной рабочей (450°С) генерация тока прекращается.
При использовании стабилизатора температуры изменение температуры осуществляется, как это представлено на кривой 2 фиг. 2, что обеспечивает высокую надежность разряда элементов ТХИТ до полного использования заложенной в них электрической емкости.
Батарея элементов тепловых химических источников тока, содержащая внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположена сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами, причем сборка электрически подключена к первому и второму выводам батареи, первый слой теплоизоляции расположен между сборкой элементов и внутренней оболочкой, а второй - в полости между оболочками, отличающаяся тем, что корпус батареи снабжен дополнительным резистивным нагревательным элементом и управляемым коммутатором, причем резистивный нагревательный элемент расположен между внутренней оболочкой и вторым слоем теплоизоляции, выводы резистивного нагревательного элемента электрически подключены к выводам батареи, при этом один из выводов резистивного нагревательного элемента подключен к одному из выводов батареи через коммутатор.
