РЕЗЕРВНАЯ ПЕРВИЧНАЯ БАТАРЕЯ, АКТИВИРУЕМАЯ ВОДОЙ Российский патент 1997 года по МПК H01M6/32 H01M6/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в резервных первичных батареях, активируемых водой, предназначенных, преимущественно, для энергопитания аэрологических радиозондов.

Известна резервная первичная батарея, активируемая водой, предназначенная, преимущественно, для энергопитания аэрологических радиозондов, содержащая корпус, последовательно соединенные гальванические элементы в виде металлических скоб [1] В известной батарее все элементы соединены электрически и механически последовательно, образуя единый блок.

Недостатком известной резервной первичной батареи является высокая ударная прочность и значительная сосредоточенная масса, размещенная в компактном объеме, что приводит к снижению эксплуатационной надежности летательных аппаратов в случае их столкновения с радиозондом, в котором используется известная резервная первичная батарея.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной батарее является резервная первичная батарея, активируемая водой, содержащая корпус, в котором размещены последовательно соединенные гальванические элементы, состоящие из биполярных электродов, разделенных сепараторами-электролитоносителями. В известной батарее все гальванические элементы соединены последовательно с использованием биполярных электродов, причем батарея снабжена массивными стяжками, обеспечивающими сжатие столба элементов.

Недостатками известной резервной первичной батареи, активируемой водой, являются высокая ударная прочность конструкции и значительная сосредоточенная масса, размещенная в ограниченном объеме механически прочной батареи, вследствие чего снижается эксплуатационная надежность летательных аппаратов при возможности столкновении с аэрологическим радиозондом, в котором используется известная резервная первичная батарея. Например, при лобовом столкновении быстролетящего самолета с радиозондом большая сосредоточенная масса батареи приведет к повреждению радиозондом обшивки и систем управления быстролетящего самолета.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в уменьшении ударной прочности батареи и уменьшении сосредоточенной массы батареи, что позволяет повысить эксплуатационную надежность летательных аппаратов при столкновении с радиозондом, в котором используется резервная первичная батарея.

Для достижения данного технического результата резервная первичная батарея, активируемая водой, содержащая корпус, в котором размещены последовательно соединенные гальванические элементы, состоящие из биполярных электродов, разделенных сепараторами-электролитоносителями, выполнена из секций, размещенных на одной плоскости и электрически соединенных между собой посредством общих концевых электродов, выполненных с прорезями, совпадающими с зазорами между секциями, при этом стенка корпуса выполнена со сквозными пазами, расположенными над указанными прорезями и имеющими идентичную геометрию с ними, причем предпочтительно общий электрод выполнять в виде пластины из анодного материала, имеющей площадь контактных поверхностей, превышающую удвоенную площадь контактной поверхности электрода, ширина прорези в общем концевом электроде должна соответствовать расстоянию между смежными секциями, а длина прорези составлять 80-90% от ширины общего концевого электрода, ширина прорези в общем концевом электроде 1-4 мм, прорезь в общем концевом электроде выполняться сообщающейся с одной из сторон электрода, все прорези общих концевых электродов сообщаться с одной из боковых поверхностей батареи, площадь сквозного паза в корпусе не превышать площади соответствующей прорези в общем концевом электроде.

Выполнение батареи из секций, размещенных на одной плоскости позволяет сократить в несколько раз (по числу секций) сосредоточенную массу блока в виде секции, при этом сосредоточенные массы распределены по длине корпуса батареи. При этом электрическое соединение секций в батарее выполняется при помощи общих концевых электродов с прорезями, которые совпадают с зазорами между секциями и таким образом в качестве соединительных перемычек выступают оставшиеся части общего концевого электрода. При ударном воздействии эти небольшие перемычки легко разрушаются и батарея разламывается на отдельные секции, которые затем рассыпаются на отдельные детали и узлы. Предпочтительно общий концевой электрод выполнять в виде пластины из анодного материала с площадью контактной поверхности электрода, так как в этом случае общий концевой электрод одновременно используется в смежных секциях в качестве составной части их гальванических элементов и поэтому не требуется введения коммутационного элемента. Кроме того, стенку корпуса необходимо выполнять со сквозными пазами, расположенными над указанными прорезями и имеющими идентичную геометрию с ними, поскольку в этом случае не только обеспечивается дополнительное уменьшение ударной прочности конструкции батареи, но и достигается упрощение конструкции за счет использования сквозных пазов в качестве элементов системы активации батареи. Ширину прорези в общем концевом электроде предпочтительно выбирать в пределах 1-4 мм, так как при ширине прорези менее 1 мм крайне ухудшаются условия активации батареи, поскольку затруднено проникновение воды в столь узкие щели, а увеличение ширины прорези свыше 4 мм приводит к неоправданному увеличению объема батареи. Длину прорези предпочтительно выбирать в пределах 80-90% от ширины общего концевого электрода, так как при уменьшении длины прорези менее 80% от ширины электрода резко возрастает ударная прочность вследствие увеличения поперечного сечения перемычки, соединяющей смежные секции, а при длине прорези свыше 90% ширины электрода возможны повреждения указанных перемычек при сборке батареи. Прорези в общих концевых электродах, предпочтительно, максимально совмещать с зазорами между смежными секциями, чему способствует совмещение прорези с одной из сторон электрода или совмещение окончаний прорезей с одной из боковых поверхностей батареи, при этом достигается максимальное упрощение технологии изготовления батареи. Площадь сквозного паза в стенке корпуса не должна превышать площади соответствующей прорези в общем концевом электроде, поскольку в противном случае неоправданно возрастают тепловые потери при эксплуатации батареи.

На фиг. 1 изображена резервная первичная батарея, активируемая водой, вид сверху; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 общий концевой электрод, вид сбоку; на фиг. 4 то же, вид сверху; на фиг. 5 гальванический элемент, вид сбоку.

Резервная первичная батарея содержит секции 1, состоящие из последовательно соединенных гальванических элементов 2, каждый из которых содержит составной катод 3, анод 4, сепаратор-электролитоноситель 5 и электропроводный электролитонепроницаемый разделитель 6; электроизоляционную пленку 7 и ее полоски 8, корпус 9, в стенке 10 которого выполнены сквозные пазы 11, общие концевые электроды 12, каждый из которых выполнен в виде пластины из анодного материала и имеет анодную контактную площадку 13, катодную контактную площадку 14, выполненную из материала разделителя и используемую в качестве тонкого коллектора катода концевого элемента секции, соединенные перемычкой 15 и прорезь 16; и электроизоляционный связующий слой 17, при помощи которого секции 1 фиксируются в корпусе 9.

Катоды 3 гальванических элементов могут выполняться из сильных окислителей, например на основе пероксодисульфатов щелочных металлов, и состоять из нескольких частей, разделенных зазорами, для равномерного распределения воды по поверхности сепаратора-электролитоносителя 5. Анод 4 выполняется металлическим, например из магниевого сплава. Сепаратор-электролитоноситель 5 выполняется из пористого, водопоглащающего материала, например из асбеста. Последовательное соединение гальванических элементов 2 в секциях 1 (см. фиг. 1) осуществляется с использованием электропроводных электролитонепроницаемых разделителей 6, которые могут изготавливаться из смеси графита с бутилкаучуком. Электроизоляционная пленка 7 выполняется из липкой ленты или лакового покрытия и используется для электрической изоляции боковых поверхностей. Батарея состоит из нескольких, предпочтительно из трех, секций 1, размещенных на одной плоскости (см. фиг. 1). Каждая секция 1 собрана из небольшого количества гальванических элементов 2, например из трех. Изоляция торцов электродов в батарее и одновременная фиксация гальванических элементов 2 в секциях 1 и секций относительно друг друга обеспечивается при помощи электроизоляционного связующего слоя 17, который выполняется, например, из компаунда или клейкой тесьмы. Смежные секции 1 электрически соединяются последовательно при помощи общих концевых электродов 12, каждый из которых выполнен из анодного материала и имеет П-образную форму (см. фиг. 4), поскольку выполняется с прорезью 16. Корпус 9 выполняют из легкого материала, например из вспененного полистирола. Корпус 9 выполнен открытым с двух противоположных сторон (сверху и снизу) для доступа воды при активации батареи и выходе из нее газов. Для быстрого и равномерного поступления воды при активации батареи в каждую секцию 1 в одной из стенок 10 корпуса батареи выполнены сквозные пазы 11, расположенные над прорезями 16 общих концевых электродов 12 и имеющие идентичную геометрию с ними, при этом количество сквозных пазов 11 на единицу меньше количества секций 1 в батарее.

Заявленная резервная первичная батарея работает следующим образом. Перед началом работы на полезную нагрузку проводят активацию батареи, обычно посредством погружения в воду. Вода проникает в открытые поверхности корпуса 9 и в прорези 11 в стенке 10 корпуса, пропитывая сепараторы-электролитоносители 5 и смачивая поверхности катодов 3 и анодов 4, что обеспечивает возникновение электрохимической реакции и поступление тока в полезную нагрузку (на фиг. 1-5 не указана), подключенную к батарее. В верхних слоях атмосферы в случае возможного столкновения радиозонда, в котором используется заявленная резервная первичная батарея, с летательным аппаратом, например с быстролетящим самолетом, при сильном ударе батарея разлетается на отдельные секции 1. Разрушение батареи и корпуса 9 происходит в зонах размещения перемычек 15, соединяющих смежные секции 1, которые затем рассыпаются на отдельные узлы, детали и осколки материалов конструкции, масса каждого из которых не превышает 3 г, что на несколько порядков меньше сосредоточенной массы известной резервной первичной батареи, и поэтому в случае столкновения с радиозондом самолет остается неповрежденным.

Заявленная резервная первичная батарея, активируемая водой, может быть изготовлена с использованием известных материалов и средств.

В заявленной резервной первичной батарее благодаря уменьшению ударной прочности за счет выполнения батареи из секций, размещенных на одной плоскости и соединенных специальными общими концевыми электродами с прорезями, и выполнения сквозных пазов в корпусе удается одновременно обеспечить уменьшение сосредоточенных масс, что позволяет повысить эксплуатационную надежность летательных аппаратов в случае их столкновения с радиозондом.

Использование: резервные первичные батареи, активируемые водой, предназначенные, преимущественно, для энергопитания аэрологических радиозондов. Сущность изобретения: батарея содержит корпус, в котором размещены последовательно соединенные секции, размещенные на одной плоскости. Секция состоит из гальванических элементов, включающих составной катод, а анод, выполненный из магниевого сплава, сепаратор-электролитоноситель и электролитонепроницаемый электропроводный разделитель. Смежные секции соединены между собой при помощи концевых общих электродов, выполненных с прорезями, совпадающими с зазорами между секциями, при этом ширину прорези предпочтительно выбирать равной 1-4 мм, а длина прорези должна составлять 80-90% от ширины общего концевого электрода. В одной из стенок корпуса, изготавливаемого из пористого полистирола, выполнены сквозные пазы, расположенные над прорезями и имеющие идентичную геометрию с ними, при этом площадь сквозного паза не превышает площади прорези в общем концевом электроде. Конструкция батареи обладает пониженной ударной прочностью и распределенными по числу секций сосредоточенными массами и поэтому при возможном столкновении в верхних слоях атмосферы аэрологического радиозонда с быстролетящим самолетом произойдет разделение батареи на мелкие части и самолет останется неповрежденным. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Резервная первичная батарея, активируемая водой, содержащая корпус, в котором размещены последовательно соединенные гальванические элементы, состоящие из биполярных электродов, разделенных сепараторами-электролитоносителями, отличающаяся тем, что батарея выполнена из секций, размещенных на одной плоскости с зазорами и электрически соединенных между собой посредством общих концевых электродов, выполненных с прорезями, совпадающими с зазорами между секциями, при этом стенка корпуса выполнена со сквозными пазами, расположенными над указанными прорезями и имеющими идентичную геометрию с ними. 2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что общий концевой электрод выполнен в виде пластины из анодного материала и имеет площадь контактных поверхностей, превышающую удвоенную площадь контактной поверхности электрода. 3. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что ширина прорези в общем концевом электроде соответствует зазору между смежными секциями, а длина прорези составляет 80 90% ширины общего концевого электрода. 4. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что ширина прорези в общем концевом электроде составляет 1 4 мм. 5. Батарея по п. 3, отличающаяся тем, что кромка прорези в общем концевом электроде совмещена с одной из сторон электрода. 6. Батарея по п. 5, отличающаяся тем, что все прорези общих концевых электродов сообщаются с одной из боковых поверхностей батареи. 7. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что площадь сквозного паза в корпусе не превышает площади соответствующей прорези в общем концевом электроде.