Нагреваемая аккумуляторная батарея
Владельцы патента RU 2692694:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к нагреваемой аккумуляторной батарее, и может быть использовано для повышения готовности транспортных средств в условиях низких температур. Нагреваемая аккумуляторная батарея содержит корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенные сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе через перегородки с раствором электролита, электрические выводы блоков электродов, соединительные шины, теплопередатчик с крышкой и с химическим источником тепловой энергии, а также теплопроводящие электроизолирующие прокладки и теплоизолирующую крышку, окружающую теплопередатчик с крышкой. Теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через изолирующие соединители, имеет тепловые контактные площадки, расположенные на электропроводящих шинах и электрических выводах, которые выполнены из теплопроводящего электроизолирующего клея, при этом источник тепловой энергии, в виде химического вещества в консервированном состоянии, выделяет тепло после воздействия механического пускателя. Снижение времени нагрева и повышение эффективности работы аккумуляторной батареи в условиях низких температур является техническим результатом изобретения. 1 ил.
Предполагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и к сфере автомобильного транспорта и может быть использовано для повышения готовности транспортных средств в условиях низких температур.
Известна нагреваемая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов и нагреватель. [[Патент РФ №2088001 МПК 6Н01М 10/50, 1995 г.]. Руководство].
В известной нагреваемой аккумуляторной батарее нагреватель выполнен в виде термостата, внутри которого расположены аккумуляторная батарея и электрический нагреватель.
Одним из условий работы известной аккумуляторной батареи является обеспечение температурного диапазона работы в пределах +45÷-18°С. При уменьшении температуры ниже предельного, значения электролит сольватируется (гидратируется), подвижность ионов снижается, зарядовая емкость уменьшается, ток аккумулятора падает. Для восстановления рабочих характеристик аккумулятор нагревают до рабочего диапазона температур. Необходимым условием работы аккумуляторов с жидким электролитом является обеспечение соответствующего температурного режима. При температурах окружающей среды ниже критической для обеспечения работы аккумулятора необходим принудительный нагрев. Имеются технические решения по расширению рабочих температур, но в лбом случае задача по еще большем снижении температуры использования аккумуляторных батарей остается. [Дасоян М.А. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. М.; "Транспорт", 1991].
Недостатками известной аккумуляторной батареи являются необходимость внешнего электрического источника для питания нагревателей термостата, а, также измененные габаритные параметры, не позволяющие использовать батарею в транспортных средствах без изменения их конструкции. Габаритные параметры термостата требуют изменения конструкции установочных мест аккумуляторной батареи на транспортном средстве, что представляет большие организационные и экономические сложности. [Дасоян М.А. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. М.; "Транспорт", 1991].
Наиболее близким к предлагаемому является нагреваемая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов, и нагреватель.
В известном аккумуляторе нагреватель выполнен в виде тонких медных полосок, впрессованных в полиэтиленовую ленту, размещается внутри корпуса аккумулятора в электролите, а питание нагревателя осуществляется током нагреваемой аккумуляторной батареи. Возможен нагрев от внешнего электрического источника, но в дорожных и полевых условиях внешних источников не имеется.
В известной нагреваемой аккумуляторной батарее нагрев непосредственно электролита в свободном пространстве аккумулятора ускоряет время нагрева электролита в рабочем пространстве пор электродов в сравнении с внешним нагревом через корпус. Однако нагрев пакета электродов теплопередачей от торцов электродов и от крайних пластин в середину занимает существенное время.
Другим недостатком известной аккумуляторной батареи является непроизводительный расход зарядовой емкости и снижение зарядовой емкости при нагреве, то есть при подготовке к работе. Приведение аккумуляторной батареи в рабочее состояние по тепловым условиям из-за отбора тока на нагрев может вывести из рабочего состояния по зарядовой емкости.
Предполагаемое изобретение направлено на уменьшение времени нагрева, повышение готовности и на повышение токоотдачи аккумуляторной батареи в условиях низких температур.
Технический результат достигается тем, что в нагреваемой аккумуляторной батарее, содержащей корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенных по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов, и нагреватель, нагреватель содержит теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через изолирующие соединители, источник тепловой энергии, размещенный в теплопередатчике и теплоизолирующую крышку, расположенную над свободной поверхностью теплопередатчика.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что нагреватель содержит теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через электроизолирующие теплопроводящие соединители, а источник тепловой энергии размещен в теплопередатчике.
На рисунке представлена функциональная схема нагреваемой аккумуляторной батареи.
Нагреваемая аккумуляторная батарея (далее батарея) содержит корпус 1, блоки 4 положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе через перегордки 3 с раствором электролита 2 и 7, электрические выводы 15 блоков электродов, соединительные шины 18, теплопередатчик 11 с крышкой 12 и с химическим источником 16, тепловой энергии, теплопроводящие электроизолирующие прокладки 17 и теплоизолирующую крышку 13, окружающую теплопередатчик с крышкой. Раствор электролита впитывается в поры в рабочее пространство блоков электродов и остается честь его в свободном виде в придонной области 2 и в объеме 7 над блоком электродов. Источник тепловой энергии 16 с пускателем 19 и теплопередатчик 11 представляют собой нагреватель. Теплопередатчик имеет тепловые контактные площадки. Теплопередатчик 11 нагревателя размещается контактными площадками на электропроводящих шинах 18 и электрических выводах 15 аккумулятора через теплопроводящие изолирующие соединители 17, в качестве которых может быть использован теплопроводящий электроизолирующий клей. Источник тепловой энергии 16 размещается в теплопередатчике 11. Источник 16 тепловой энергии представляет как один из вариантов пакет с химическим веществом, который в консервированном состоянии тепло не выделяет. Внешним механическим воздействием на пускатель 19 задается режим выделения энергии. Теплоизолирующая крышка 13 окружает теплопередатчик с источником тепла и служит для предотвращения рассеяния тепла в окружающую атмосферу. В качестве источника тепла может быть использовано любое горячее тело, размещаемое в теплопередатчике, например горячая вода, горячие угли и так далее. Источник тепла при малой теплоемкости и теплосодержания может быть сменным.
Предлагаемая нагреваемая аккумуляторная батарея работает следующим образом. В теплопередатчике 11 располагают источник тепловой энергии 16 - химическое вещество в полиэтиленовом пакете и включается пускателем 19 в режим выделения тепла. Тепловая энергия от теплопередатчика 11 через теплопроводящие электрически изолирующие прокладки 17 переходит к шинам 18 и выводам 18 аккумуляторной батареи. Далее через борны 5, гребенки 6, блоки электродов 4, содержащих пластины, сетки и активную массу, через которые тепло передается электролиту пор. Так как теплопроводность свинца (35 Вт/(м К)) и алюминия (209.3 Вт/(м К)), а воды - 0,469 Вт/(м К), то процесс передачи тепла только за счет тепла ускоряется более чем в 50 раз. Непроизводительные расходы тепла в процессе передачи тепла до электролита определяются теплоемкостями материалов, составляющие для воды - 4200 Дж/(кг К), серной кислоты - 2800 Дж/(кг К), свинца - 140 Дж/(кг К). Расход тепла на нагрев материалов определяется теплоемкостями и величинами масс. Общая масса свинца в аккумуляторной батарее 6СТ-190 около 35 кг, масса раствора электролита 12 л × 1.28 г / см3=15 кг. Для обеспечения токопроводимости необходимо нагреть электролит в порах, объем которых составляет около 5 литров с учетом сепараторов аккумулятора. Масса электролита составит 5×1.28 г/см3=6.4 кг. Остальной электролит 8.6 кг находится вне рабочего пространства электродов и сепараторов и его можно нагревать уже при работе двигателя внутреннего сгорания.
При нагреве аккумулятора термостатным способом рабочее пространство аккумулятора нагревается только после нагрева свободной доли раствора электролита. Отношение теплот при нагреве термостатированным устройством и предлагаемым устройством и составляет Qт/Спредл=mт ст / mпредл cпредл=6.4 2800 / 35 140=3.6 раза.
При всех допущениях в пользу термостатированного устройства, последнее оказывается более затратны по тепловой энергии.
Сопоставительный анализ показал, что по расходу тепловой энергии и по времени нагрева предполагаемое изобретение имеет существенные преимущества. При теплопроводностях свинца 35 Вт / (м К) и воды 0.6 Вт / (м К) скорость передачи тепла предлагаемым устройством быстрее в 35/0.6=58 раз.
Нагреваемая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов и нагреватель, отличающаяся тем, что нагреватель содержит теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через электрически изолирующие соединители, источник тепловой энергии, размещенный в теплопередатчике, и теплоизолирующую крышку, расположенную над свободной поверхностью теплопередатчика.
