АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ С ВНУТРЕННИМ ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ Российский патент 1999 года по МПК H01M10/50 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства аккумуляторных батарей, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур.

Известна аккумуляторная батарея с внутренним электрообогревом, содержащая корпус моноблочного типа с перегородками, разнополярные электроды, собранные в блоки и разделенные сепараторами, и плоский нагреватель, выполненный в виде пластины, покрытой защитной пленкой по всей поверхности и размещенной сбоку от электродов в электролите.

В такой батарее низка надежность нагревателя в связи с возможностью повреждения его изоляции в процессе сборки и герметизации аккумуляторов и появления гальванической связи между электродами аккумулятора и нагревательным элементом, что приводит к выходу из строя аккумулятора. Кроме того, в ней не обеспечивается равномерный нагрев блока электродов.

Наиболее близкой к предлагаемой является аккумуляторная батарея с внутренним электрообогревом, содержащая корпус моноблочного типа с перегородками, разнополярные электроды, собранные в блоки и разделенные сепараторами, и параллельные электродам плоские нагреватели, защищенные по всей поверхности термокислотостойкой пленкой, в виде тепловых труб Гровера, соединенных с дополнительными нагревателями, расположенными над крышкой батареи.

Данная аккумуляторная батарея обладает следующими существенными недостатками.

1. Для равномерного прогрева блока электродов нагреватели вставлены в каждый аккумулятор, например, посредине, что существенно усложняет их монтаж, нарушает конструкцию собственно аккумулятора и тем самым искажает его рабочие характеристики.

2. Батарея существенно удорожается. Это оправдано при необходимости обеспечения ее параметров в условиях низких температур, однако в иных условиях ее применение бессмысленно: она не может конкурировать с обычными батареями. Таким образом, она имеет ограниченную область применения.

3. Тепловой контакт дополнительного нагревателя и тепловой трубы требует гальванической развязки. В противном случае повреждение изоляции тепловой трубы в процессе сборки и герметизации аккумуляторов приведет к гальванической связи дополнительного нагревателя и электролита - через металлическую поверхность тепловой трубы - и выходу из строя аккумулятора. В то же время даже при применении в качестве дополнительного нагревателя позистора теплопроводный клей, соединяющий его с поверхностью тепловой трубы, имеет конечное омическое сопротивление.

4. При выходе из строя нагревателя он практически не ремонтнопригоден, так как его извлечение равносильно разрушению аккумуляторов.

Изобретение направлено на упрощение монтажа нагревателей, повышение надежности, экономичности и расширение области применения батареи.

Решение поставленной задачи достигается тем, что, по крайней мере, перегородки между аккумуляторами выполнены двойными и плоские нагреватели размещены в их полостях.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает следующее. Монтаж нагревателей по изобретение существенно упрощается тем, что вместо органического встраивания в блок электродов с последующей герметизацией их просто вставляют в полости перегородок. При этом не требуется защита всей поверхности нагревателей термокислотостойкой пленкой, так как изоляцию обеспечивают пластины двойных перегородок.

Это же обстоятельство приводит к повышению надежности устройства, так как повреждение нагревателей и батареи вследствие гальванической связи исключено, а повреждение нагревателя по другим причинам приводит к выходу из строя только его - аккумуляторы остаются неповрежденными. При этом поврежденные нагреватели без труда могут быть извлечены из полостей перегородок и либо отремонтированы с возвратом на прежнее место, либо заменены. Это существенно повышает ремонтопригодность.

Экономичность повышается за счет того, что существенно упрощается технология сборки аккумуляторной батареи с нагревателями и не требуется операция нанесения термокислотостойкого покрытия на всю поверхность нагревателей. Кроме того, как показало исследование, предлагаемая конструкция обеспечивает более равномерный теплообмен, в связи с чем возникает некоторая экономия электроэнергии при нагревании батареи до температур, определяемых техническими условиями эксплуатации.

Наконец, последнее существенное преимущество изобретения обусловлено тем, что батарея становится универсальной и может применяться как в условиях низких температур, так и в обычных условиях - путем простого извлечения нагревателей, т.е. область применения ее существенно расширяется.

На фиг. 1 показана предлагаемая батарея. На фиг. 2 и 3 - температурные поля, полученные (для трех аккумуляторов) в батарее, в случае применения прототипа и батареи по изобретение соответственно.

Батарея содержит корпус моноблочного типа 1 (фиг.1) с перегородками 2, причем перегородки 2 выполнены полыми, разнополярные электроды 4, собранные в блоки и разделенные сепараторами. Помимо этого, стенки 3 моноблока 1, параллельные электродам 4, также могут быть выполнены полыми с размещением в них нагревателей 5, что дает дополнительный тепловой эффект. Нагреватели 5 выполнены плоскими в виде тепловых труб Гровера и размещены в полостях перегородок 2. Дополнительные нагреватели 6 имеют тепловой контакт с нагревателями 5 над крышкой 7 моноблока 1. Для исключения потерь теплоты в окружающей среде дополнительные нагреватели 6 закрыты крышкой 8, изготовленной из материала, имеющего низкую теплопроводность. На крышке 8 установлены электрические выводы 9, которые соединяются с дополнительными нагревателями 6. Дополнительные нагреватели 6 соединяются с источником электрической энергии параллельно.

На фиг. 2 показано полученное в результате исследований температурное поле аккумуляторной батареи по прототипу (для трех аккумуляторов) с нагревателями, размещенными посередине каждого аккумулятора. Это поле записано для тех минимальных затрат электроэнергии на нагревание батареи, которые обеспечивают параметры, требуемые техническими условиями.

На фиг. 3 показано полученное в результате исследований температурное поле аккумуляторной батареи по изобретению при минимальных энергетических затратах, обеспечивающих требования технических условий.

Предлагаемая аккумуляторная батарея работает следующим образом: заряженная батарея охлаждается до требуемой температуры, после чего к выводам 9 подключают источник постоянного или переменного напряжения величиной от 12 до 30 В.

При этом мощность, выделяемая на дополнительных нагревателях 6, определяется величиной их электросопротивления. При прохождении электрического тока температура тепловыделяющих элементов 6 повышается и через нагреватели 5 передается электродам 4 и электролиту внутри аккумулятора. Кроме того, под действием возникающих от разности температур конвективных потоков начинается перемещение теплого и холодного электролита, вследствие чего средняя температура электролита в аккумуляторах дополнительно повышается. Разогрев прекращается при достижении температуры, обеспечивающей надежный пуск двигателя и заряд батареи.

В соответствии с требованиями технических условий при низких температурах должен обеспечиваться нагрев электродного блока за 20 мин от t = 50^oC до t = 18^oC в наиболее холодной точке. При этом максимальный перепад температур между "холодными" и "горячими" точками электродного блока не должен превышать 10 кельвинов.

Исходя из этих требований, в качестве дополнительного нагревателя применен позистор типа ТРП-17А, который удовлетворяет параметрам источников напряжения, применяемых в автомобильной технике, и требованиям электробезопасности. Кроме того, он имеет существенный (10³) перепад внутреннего сопротивления, обеспечивающий эффективный спад мощности во времени. Исследование показало, что только при этом условии достигаются параметры, требуемые техническими условиями эксплуатации аккумуляторных батарей при низких температурах.

Как следует из сопоставления фиг. 2 и 3, в обоих случаях требования технических условий выполняются. Однако в аккумуляторной батарее по изобретению (фиг. 3) достигнутая минимальная температура выше, а перепад температур в пределах электродного блока меньше. При этом, как показало исследование, лучше еще один показатель - затраты электроэнергии в батарее по изобретению оказались на 7% меньше.

Изобретение относится к электромеханической промышленности и может быть использовано для производства аккумуляторных батарей, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур. Техническим результатом является упрощение монтажа нагревателей, повышение надежности, долговечности, экономичности, ремонтопригодности и расширение области применения батареи. Перегородки между аккумуляторами выполнены двойными, и плоские нагреватели размещены в полостях перегородок. 3 ил.

Аккумуляторная батарея с внутренним электрообогревом, содержащая корпус моноблочного типа с перегородками, разнополярные электроды, собранные в блоки и разделенные сепараторами, и параллельные электродам плоские нагреватели в виде тепловых труб Гровера, соединенных с дополнительными нагревателями, расположенными над крышкой батареи, отличающаяся тем, что, по крайней мере, перегородки между аккумуляторами и параллельные электродам стенки моноблока выполнены полыми, а плоские нагреватели размещены в их полостях.