СПОСОБ РАЗРЯДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2013 года по МПК G05F1/56 H02J7/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам разряда ЭХИТ.

Из известных способов разряда ЭХИТ по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ импульсного разряда ЭХИТ путем периодического подключения и отключения нагрузки (патент РФ №2302060 С1, 2007).

Недостатком известного способа разряда являются недостаточно высокие выходные электрические характеристики, что связано с неоптимальным выбором режима разряда.

Техническим результатом изобретения является создание способа разряда ЭХИТ, обеспечивающего повышенные электрические характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что способ разряда ЭХИТ производится путем периодического подключения и отключения нагрузки, при этом разряд ведут при постоянной мощности, причем в процессе разряда контролируют скорость нарастания тока разряда и при скорости нарастания, равной нулю, отключают нагрузку; при отключенной нагрузке контролируют скорость нарастания напряжения ЭХИТ до своего конечного значения при условии постоянства скорости нарастания.

Указанный режим разряда позволяет снять с ЭХИТ значительно более высокие удельные мощности и энергии, чем при известном режиме разряда за счет того, что источник тока ЭХИТ периодически через ключевой элемент, дроссель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности подключается и отключается от нагрузки. Для данной нагрузки время подключенного к ЭХИТ состояния определяется временем достижения тока своего максимального значения и выдержки до момента убывания. При убывании тока ЭХИТ отключается от нагрузки. За время включенного состояния ЭХИТ работает при минимальном внутреннем сопротивлении, равном активной составляющей полного сопротивления, т.е. при отсутствии поляризационной составляющей. Таким образом, при включенном состоянии ЭХИТ отдает максимально возможную энергию при своем минимальном внутреннем сопротивлении. При выключенном состоянии ток через ЭХИТ должен быть равен нулю, т.к. в противном случае постоянно-токовый фон приводит к появлению поляризационной составляющей внутреннего сопротивления ЭХИТ. Время выключенного состояния определяется временем восстановления напряжения ЭХИТ до конечного при условии постоянства скорости нарастания. Таким образом, суть способа съема энергии с ЭХИТ заключается в том, чтобы отделить по времени отбор электрической энергии с ЭХИТ от собственно окислительно-восстановительной химической реакции, проходящей в ЭХИТ, являющейся источником электродвижущей силы последнего. Во время включенного состояния индуктивный накопитель электрической энергии (дроссель) со стабилизатором мощности обеспечивают непрерывный рост тока с ЭХИТ до момента его убывания. В этом интервале времени химическая реакция не идет. В отключенном состоянии происходит сама химическая реакция при отсутствии тока.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность признаков изобретения не известна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного способа условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Таким образом, можно сделать вывод, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами и примером реализации способа.

На фиг.1 представлена установка для практической реализации заявленного способа.

На фиг.2 показаны зависимости снимаемых мощностей от относительной емкости батареи для двух режимов работы ЭХИТ.

На фиг.3 показаны зависимости снимаемых мощностей от относительной емкости батареи для двух режимов работы ЭХИТ.

Пример практической реализации

Для реализации заявленного способа была собрана установка, включающая в себя ЭХИТ (1), ключевой элемент с блоком управления (2), дроссель (3), накопительный конденсатор (4), стабилизатор разрядной мощности (5), измеритель напряжения, тока, а также скорости их изменения (6), нагрузка (7) (см. фиг.1).

Пример №1.

Испытывалась литий-ионная батарея производства фирма «Кокам», состоящая из трех последовательно соединенных аккумуляторов SLPB 55205130 напряжением 12,6 В и емкостью 11 А·ч. Батарея заряжалась до 12,6 В (4,2 В на аккумулятор) и разряжалась до 8,1 В (2,7 на аккумулятор) в двух режимах.

Режим 1. Разряд производился на постоянном сопротивлении 1,2 Ом.

Режим 2. К той же батарее подключалось электронное устройство, включающее в себя ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности, контроллер для измерения тока, напряжения и скорости их нарастания и на выходе электронного устройства подключалась нагрузка. Нагрузка подбиралась таким образом, чтобы на выходе электронного устройства мощность была равна начальной разрядной мощности в режиме №1 с постоянным сопротивлением 1,2 Ом. Мощность фиксировалась как на входе, так и на выходе электронного устройства. Частота отбора энергии варьировалась от 19 кГц до 0,25 кГц.

Из фиг.2 видно, что в режиме разряда на постоянном сопротивлении (кривая 1) начальная разрядная мощность, равная 125 Вт, монотонно убывает в зависимости от степени разряда аккумуляторной батареи до значения 64 Вт, соответствующего 95%-ной степени разряженности. Падение мощности составило 90%. В режиме №2 мощности, снимаемые как на выходе электронного устройства (кривая 2), так и на входе электронного устройства (кривая 3), не зависят от степени разряженности аккумуляторной батареи и составляют 125 Вт и 135 Вт соответственно. Разница в 10 Вт, равная 135-125 Вт, теряется в самом электронном устройстве. Полное внутреннее сопротивление в режиме №1 составило 12 мОм, а в режиме №2-4,5 мОм, что равно активной составляющей полного внутреннего сопротивления батареи.

Пример №2. Испытывалась стартерная свинцовая аккумуляторная батарея производства фирмы Varta 12 В 40 Ахч. Батарея разряжалась в двух режимах до конечного напряжения 10,2 В.

Режим 1. Батарея разряжалась на постоянном сопротивлении 0,31 Ом до напряжения 10,2 В.

Режим 2. Батарея разряжалась с подключением электронного устройства, включающего в себя ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности, контроллер для измерения тока, напряжения и скорости их нарастания.

Нагрузка подбиралась таким образом, чтобы на выходе электронного устройства мощность была равна начальной разрядной мощности в режиме №2 с постоянным сопротивлением 0,31 Ом. Мощность фиксировалась как на входе, так и на выходе электронного устройства. Частота отбора энергии варьировалась от 19 кГц до 0,25 кГц.

Из фиг.3 видно, что для режима №1 (кривая 1) мощность с начального значения 502 Вт, соответствующая полностью заряженной батарее, к концу разряда, соответствующему 52% разрядной емкости, составляет 380 Вт, т.е. падение мощности составило 32%. В режиме с подключенным электронным устройством мощности, как снимаемые на выходе электронного устройства (кривая 2), так и на входе электронного устройства (кривая 3), не зависят от степени разряда батареи и остаются постоянными 502 Вт и 540 Вт соответственно. Причем разрядная емкость в режиме №2 составляет 62%. Полное внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи в режиме №1 при разряде на постоянном сопротивлении 0,31 Ом менялось с начальных 16 мОм до конечных 22 мОм. В режиме №2 с подключенным электронным устройством - с начальных 2 мОм до конечного 7 мОм, что соответствует активной составляющей полного внутреннего сопротивления.

Приведенные выше и примеры практической реализации способа показывают, что данный способ может быть реализован на практике. Следовательно, заявленный способ соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам разряда ЭХИТ. Техническим результатом изобретения является повышение электрических разрядных характеристик. Согласно изобретению способ разряда ЭХИТ ведут путем периодического подключения и отключения нагрузки, при этом разряд ведут при постоянной мощности, в процессе разряда контролируют скорость нарастания тока разряда. При скорости нарастания тока, равной нулю, отключают нагрузку; при отключенной нагрузке контролируют скорость нарастания напряжения ЭХИТ таким образом, чтобы напряжение восстанавливалось до своего конечного значения при постоянной скорости. 3 ил.

Способ разряда электрохимического источника тока (ЭХИТ) путем периодического подключения и отключения нагрузки, отличающийся тем, что разряд ведут при постоянной мощности, причем максимальная энергия, снимаемая с ЭХИТ, определяется максимальным временем подключенного состояния ЭХИТ к нагрузке, в течение которого контролируемая скорость нарастания тока разряда ограничивается значением, равным нулю, а минимальное время отключенного состояния ЭХИТ от нагрузки - временем восстановления напряжения ЭХИТ до конечного с постоянной скоростью нарастания.