Батарея элементов тепловых химических источников тока
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в качестве источника электропитания силовых электрических агрегатов. Батарея содержит корпус, состоящий из двух герметичных оболочек с теплоизоляцией пространства между ними, при этом в корпус коаксиально и электрически изолированно помещены две сборки из ТХИТ, чередующихся с нагревательными элементами, на внутренней оболочке корпуса смонтирован резистивный нагревательный элемент, токовыводы обеих сборок и резистивного нагревательного элемента независимо друг от друга подключены к коммутатору. Повышение стабильности температурного режима для внутренней сборки элементов ТХИТ при длительном разряде батареи является техническим результатом изобретения. Кроме того, предусмотрен выбор режима разряда батареи. 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ) и может быть использовано в качестве источника электропитания, как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов.
Известна конструкция батареи ТХИТ, в которой реализована компоновка нескольких сборок элементов ТХИТ, размещенных в одном корпусе (RU 2457586 опубл. 27.07.2012 г.) [1]. Сборки установлены последовательно, одна за другой, с вариантом параллельного подключения, который обеспечивает n – кратное увеличение снимаемой мощности в зависимости от количества установленных сборок. При такой компоновке исключается изменение режима разряда батареи, что ограничивает использование этой конструкции в качестве источника электропитания. Кроме того при таком расположении сборок увеличивается высота батареи ТХИТ, а также площадь ее боковых поверхностей, что приводит к значительным теплопотерям. Таким образом, использование данной конструкции батареи ТХИТ усложняет обеспечение теплового режима работы батареи ТХИТ и снижает время ее эксплуатации.
Наиболее близким к заявляемой батарее является батарея элементов ТХИТ (RU 2573860 опубл. 27.01.2016 г) [2]. Известная батарея содержит внутреннюю и внешнюю герметичные оболочки с полостью между ними и два слоя теплоизоляции, образующих корпус, в котором расположена сборка элементов ТХИТ, подключенных к первому и второму выводам батареи. На наружную поверхность внутренней герметичной оболочки помещен резистивный нагревательный элемент, выводы которого электрически подключены к первому и второму выводам батареи элементов ТХИТ через управляющий коммутатор. При такой компоновке электрическая емкость для питания резистивного нагревательного элемента заложена в общую емкость элементов ТХИТ, что приводит к снижению значений снимаемой мощности источника питания. Кроме того, большое количество электроактивных компонентов, содержащихся в каждом электрохимическом элементе данной батареи, приводит к увеличению ее высоты. Компоновка данной батареи аналогична компоновке батареи [1], что также ограничивает использование данной конструкции в качестве источника электропитания.
Задача настоящего изобретения заключается в расширении возможностей использования конструкции батареи ТХИТ.
Для решения поставленной задачи сконструирована батарея элементов ТХИТ, содержащая корпус, состоящий из двух герметичных оболочек с теплоизоляцией пространства между ними, в корпус помещена сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами. Внутрь этой сборки коаксиально, электрически изолированно, размещена дополнительная сборка из электрохимических элементов, чередующихся с нагревательными элементами, при этом на внутренней оболочке корпуса смонтирован резистивный нагревательный элемент. Токовыводы обеих сборок независимо друг от друга выведены на крышку корпуса. Также на крышку корпуса выведены токоподводы резистивного нагревательного элемента. Токовыводы обеих сборок и резистивного нагревательного элемента подключены к коммутатору.
Применение в батарее элементов ТХИТ дополнительной электроизолированной, коаксиально расположенной сборки элементов ТХИТ позволяет уменьшить ее высоту на 10 – 20%. Одновременно с этим независимое подключение токовыводов обеих сборок и резистивного нагревательного элемента к коммутатору обеспечивает стабильный температурный режим для внутренней сборки элементов ТХИТ при длительном разряде батареи, а так же обеспечивает возможность выбора режима разряда батареи, что расширяет возможности использования предлагаемой конструкции батареи ТХИТ. Это новый технический результат, достигаемый изобретением.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображено поперечное сечение батареи элементов ТХИТ; на фиг.2 – разрядная кривая, которая характеризует работу батареи ТХИТ при последовательном соединении сборок элементов; на фиг.3 – разрядная кривая, которая характеризует работу батареи ТХИТ при параллельном соединении сборок элементов; на фиг.4 – разрядная кривая, которая характеризует работу батареи при длительном разряде батареи со стабилизацией температурного режима при использовании энергии наружной сборки элементов ТХИТ.
В корпусе батареи, состоящем из наружной 1 и внутренней 2 герметичных оболочек с двумя слоями теплоизолирующего материала типа ТЗМК и резистивного нагревательного элемента 3, размещены две сборки элементов ТХИТ 4 и 5 с нагревательными пиротехническими таблетками 6 и 7, установленные коаксиально через электроизоляционный слой 8 типа «миниплен». Независимые токовыводы от сборок и резистивного нагревательного элемента 9 выведены в коммутатор 10, регулирующий порядок соединения сборок элементов ТХИТ, имеющий выводы 11 для подключения к устройству. Собранная батарея имеет следующие габариты: высота 160мм; диаметр 100мм.
При запуске батареи элементов ТХИТ за счет нагревательных элементов 6 и 7, расположенных в составе сборок элементов ТХИТ, обеспечивается температурный режим, необходимый для генерации тока. Выбор режима разряда устанавливается коммутатором 10, обеспечивающим: последовательное соединение сборок элементов ТХИТ для увеличения напряжения на выводах батареи, либо параллельное соединение сборок элементов для увеличения силы тока при номинальном напряжении на сборках элементов ТХИТ, либо подключение резистивного нагревательного элемента на внешнюю сборку элементов ТХИТ для стабилизации температурного режима и обеспечения длительности работы батареи более 30 мин.
При испытании батареи с последовательным соединением сборок элементов ТХИТ получено удвоение разрядного номинального напряжения до 60 В при сохранении величины силы тока 5 А в интервале времени 30 мин. (фиг. 2). При параллельном соединении сборок элементов ТХИТ получено трехкратное увеличение величины номинальной силы тока до 15 А при сохранении номинального разрядного напряжения 30 В интервале времени 20 мин. (фиг. 3). Для стабилизации температурного режима энергия наружной сборки элементов ТХИТ используется для питания резистивного нагревательного элемента, при этом энергия внутренней сборки элементов ТХИТ обеспечивает питание средства управления или силового электрического агрегата с требуемыми номинальными электрическими характеристиками: сила тока 5 А, напряжение 30 В в интервале времени 20 мин. (фиг. 4).
Таким образом, заявленная конструкция батареи ТХИТ позволяет расширить возможности ее использования.
Батарея элементов тепловых химических источников тока, содержащая корпус, состоящий из двух герметичных оболочек с теплоизоляцией пространства между ними, в корпус помещена сборка из электрохимических элементов ТХИТ, чередующихся с нагревательными элементами, при этом на внутренней оболочке корпуса смонтирован резистивный нагревательный элемент, а батарея имеет коммутатор для связи с резистивным нагревательным элементом и токовыводами сборки, отличающаяся тем, что в сборке коаксиально, электрически изолированно, размещена дополнительная сборка из электрохимических элементов ТХИТ, чередующихся с нагревательными элементами, при этом токовыводы обеих сборок и резистивного нагревательного элемента независимо друг от друга подключены к коммутатору.
