СВИНЦОВАЯ СТАРТЕРНАЯ БАТАРЕЯ РАБОТОСПОСОБНАЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР Российский патент 2002 года по МПК H01M10/50 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении батареи, предназначенной для комплектации автомобильной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур.

Известна аккумуляторная батарея с внутренним электрообогревом [1], которая содержит корпус моноблока с перегородками, разнополярные электроды, собранные в блоки и разделенные сепараторами, параллельные электродам плоские нагреватели в виде тепловых труб Гровера, соединенных с дополнительными нагревателями. Перегородки и торцевые стенки моноблока выполнены полыми, а плоские нагреватели размещены в их полостях. Надежность такой работы батареи понижена из-за необходимости внешней коммутации отдельных нагревателей. Кроме того, усложняется изготовление литьевых форм на моноблок. Возникают трудности при монтаже пуансонов, оформляющих двойные перегородки из-за их малых размеров. При литье возможны перекосы этих пуансонов, это приведет к изменению толщины перегородок, их разрывам. Изготовление таких моноблоков требует наличие литьевых машин высокого класса точности с регулируемым электронным управлением. Использование дополнительных нагревателей приводит к повышению трудоемкости (изготовление дополнительной крышки и ее монтажа в ячейках моноблока).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является аккумуляторная батарея [2], содержащая внутренний корпус, в котором расположены блоки электродов и электролит, гибкий нагревательный элемент, прилегающий к внутреннему корпусу, и внешний корпус, внутри которого размещен внутренний корпус и нагревательный элемент. Нагревательный элемент выполнен в виде крестообразной формы, а отношение толщины внешнего корпуса к толщине внутреннего корпуса равно 1,5-5, так как при меньшем соотношении этих толщин увеличивается рассеивание тепла в окружающую среду, что снижает эффективность обогрева, а при большем соотношении указанных величин происходит неоправданное увеличение массы и габаритов батареи.

Существенным недостатком является то, что в условиях низких температур режим работы батареи существующей конструкции усложняется, так как стенки полипропиленового бака не могут выполнять функции теплового экрана с внешней стороны нагревателя, т.е. будут значительные тепловые потери, что приведет к резкому падению емкости как на длительных, так и на стартерных режимах разряда. Кроме того, нагревательный элемент не защищен от воздействия паров серной кислоты, что снижает его показатели надежности.

В основу изобретения поставлена задача создать техническое решение, обеспечивающее надежную и эффективную работоспособность свинцовых стартерных аккумуляторных батарей при температурах окружающей среды от минус 30^oС до минус 50^oС путем поддержания благоприятного теплового режима внутри аккумуляторной батареи.

Преимуществом создаваемого конструктивного решения батареи, содержащей внутренний моноблок и внешний бак, является наличие нагревательного элемента и дополнительно теплоизолятора. Теплоизолятор из пенопласта с теплопроводностью 0,033 Вт/м•К путем заполнения зазоров между стенками нагревателя и баком обеспечивает плотный контакт между поверхностью нагревателя и моноблока в течение всего срока службы батареи. Теплоизолятор выполняет функцию теплового экрана и при отключении нагревательного элемента в течение 1,5 сут не происходит быстрого остывания и переохлаждения батареи. Для исключения разрушения нагревательного элемента и теплоизолятора от паров серной кислоты, образующихся в процессе заряда и разряда батареи, герметизация зазоров между моноблоком и баком производится контактно-тепловой сваркой.

На фиг.1 изображена батарея, собранная в двойном корпусе с нагревательным элементом и теплоизолятором. Батарея состоит из внутреннего моноблока 1, внутри которого расположены блоки электродов и электролит. Нагревательный элемент 2 и названный теплоизолятор 3 расположены между моноблоком 1 и внешним баком 4 таким образом, что их средняя часть находится под дном внутреннего моноблока. Для плотного контакта края прилегают к боковым стенкам моноблока. Такое расположение позволяет обеспечить высокий темп форсированного разогрева батареи в течение 30 мин при температуре электролита минус 50^oС, а при отключении нагревательного элемента - только лишь после 1,5 сут стоянки автомобильной техники в условиях низких температур, выравнивается значение температуры окружающей среды и электролита батареи. Согласно предлагаемому конструктивному решению отношение толщины теплоизолятора к толщине внешнего бака должно быть 1,25÷1, при меньшем соотношении увеличивается рассеивание тепла в окружающую среду, при этом удлиняется время разогрева батареи, а также снижается эффективность термоизоляции, это приводит к быстрому остыванию и переохлаждению батареи. Для надежной изоляции нагревательного элемента и термоизолятора от воздействия паров серной кислоты верхняя часть 5 бака 4 сваривается контактно-тепловым способом со специальным бортом 6 по контору крышки 7. В камере холода подвергались испытаниям батареи существующей конструкции и по предлагаемому конструктивному решению. Результаты показали, что у аккумуляторных батарей, у которых при придонном пространстве размещались электронагреватели без теплоизолятора, эффективность разогрева в сравнении с предлагаемым конструктивным решением способность сохранять тепло значительно ниже. При разогреве батарей с начальной температурой электролита минус 50^oС с помощью нагревателей без теплоизолятора темп разогрева составил 0,32^oС/мин, в то время как при разогреве с помощью предлагаемого технического решения он составил 0,75^oС/мин. На диаграмме (фиг.2) показаны сравнительные значения стартерной емкости свинцовой батареи с нагревателем и термоизолятором и с нагревателем без термоизолятора после 8 часовой ее стоянки на ветру в диапазоне температур от минус 30^oС до минус 50^oС. Диаграмма отражает работу батареи на 5 минутном режиме разряда при стартерной нагрузке, равной 300 А.

При температуре минус 20^oС батарея без теплоизолятора теряет 65% емкости, при минус 30^oС - 72%, при минус 50^oС - 100%, с теплоизолятором при минус 20^oС - 27%, минус 30^oС - 44%, при минус 50^oС - 60%.

Источники информации
1. Патент России 21360085.

2. Авторское свидетельство 1010680 (прототип).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении батареи, предназначенной для комплектации автомобильной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур. Техническим результатом изобретения является обеспечение надежной и эффективной работоспособности свинцовых стартерных аккумуляторных батарей при температуре окружающей среды от минус 30^oС до минус 50^oС. Согласно изобретению нагревательный элемент и теплоизолятор из пенопласта с теплопроводностью 0,033 Вт/(м•К) расположены внутри батареи между моноблоком и внешним баком. При этом отношение толщины теплоизолятора из пенопласта к толщине внешнего бака должно быть 1,25-1 для предупреждения рассеивания тепла в окружающую среду и сокращения времени разогрева батареи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Свинцовая аккумуляторная батарея, содержащая внутренний моноблок и внешний бак, внутри которого расположен нагревательный элемент, отличающаяся тем, что внутри внешнего бака и моноблока расположены нагревательный элемент и дополнительный теплоизолятор из пенопласта с теплопроводностью 0,033 Вт/(м•К) для заполнения зазоров между стенками нагревателя и баком и обеспечения плотного контакта между поверхностью нагревателя и моноблока, при этом отношение толщины теплоизолятора к толщине внешнего бака составляет 1,25-1. 2. Батарея по п. 1 отличается тем, что верхняя часть внешнего бака батареи сваривается с крышкой, снабженной специальным бортом по контуру, контактно-тепловым способом.