АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2015 года по МПК H01M10/00 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и последующей эксплуатации аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) различных типов в автономных системах электроснабжения космических аппаратов (КА), в частности искусственных спутников земли (ИСЗ).

Известны аккумуляторные батареи, описанные в «Химические источники тока», авторы B.C. Багоцкий, A.M. Скундин, Москва: Энергоиздат, 1981 г.

Известны никель-водородные аккумуляторные батареи, описанные в "Металл-водородные электрические системы", авторы Б.И. Центер, Н.Ю. Лызлов, Ленинград "Химия" Ленинградское отделение, 1989 г.

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи, описанные в «Аккумуляторы», автор Д.А. Хрусталев, Москва: Изумруд, 2003 г.

Известные материалы не содержат прогрессивных способов термостатирования с использованием теплопередающих устройств типа «тепловая труба».

Известно теплопередающее устройство «гипертеплопроводящая пластина» (см. патент RU 2408919), которое (устройство) представляет собой пористую структуру с микроканалами и является по сути плоской «тепловой трубой».

Недостатками известных решений является то, что обеспечивается тепловой режим только той посадочной поверхности, которая контактирует с устройством.

Из известных устройств аналогичного назначения наиболее близким к заявленному по своей технической сущности является АБ (см. патент RU 2390885), принятая за прототип, которая состоит из n аккумуляторов, соединенных последовательно, установленных в отверстиях по количеству аккумуляторов теплопроводной плиты, выполненной в виде неэлектропроводных пластин и неэлектропроводного энергоемкого вещества между ними, оси аккумуляторов перпендикулярны поверхностям пластин, в которых аккумуляторы закреплены через мембраны так, что боковые цилиндрические поверхности электродных блоков аккумуляторов расположены напротив слоя неэлектропроводного энергоемкого вещества для обеспечения теплового контакта с внешними поверхностями корпусов аккумуляторов, которые находятся в тепловом электрическом контакте с электродами одной полярности электродных блоков. Через центральные области электродных блоков проходят испарительные концы тепловых труб, которые находятся в тепловом и электрическом контакте с электродами другой полярности электродных блоков. Электрически изолированные от корпусов аккумуляторов корпусы тепловых труб являются одновременно борнами.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность конструкции АБ, необходимость наличия радиационного теплообменника и электрический контакт теплопередающего устройства с электродным блоком аккумулятора.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении расхождения отдельных аккумуляторов по емкости.

Поставленная задача решается тем, что в аккумуляторной батарее космического аппарата, состоящей из n аккумуляторов, соединенных последовательно, и теплопередающих устройств типа «тепловая труба», в центральные области электродных блоков аккумуляторов встроена испарительная часть теплопередающих устройств, а конденсаторные части теплопередающих устройств находятся в тепловом контакте с корпусом аккумуляторов.

Физическая осуществимость обеспечивается такой тепловой схемой, при которой температуры электродных блоков всех аккумуляторов стабилизируются в окрестности энергетического максимума аккумуляторов, что достигается заявляемой конструкцией аккумуляторной батареи и осуществляется за счет испарительной зоны теплопередающего устройства, что обеспечивает постоянную оптимальную температуру при фазовых переходах «жидкое-газообразное-жидкое» в теплопередающем устройстве. Это достигается за счет того, что в аккумуляторной батарее, состоящей из n аккумуляторов, соединенных последовательно, через электродные блоки проходят испарительные зоны теплопередающих устройств, которые находятся в тепловом контакте с электродным блоком аккумуляторов. Корпусы теплопередающих устройств электрически изолированы от корпусов и электродных блоков аккумуляторов, а конденсаторные зоны теплопередающих устройств находятся в тепловом контакте с корпусом аккумуляторов.

Суть предлагаемого способа поясняется чертежами, где:

- фиг.1 - аккумуляторная батарея с цилиндрическими аккумуляторами;

- фиг.2 - аккумуляторная батарея с призматическими аккумуляторами;

- фиг.3 - цилиндрический аккумулятор с одним теплопередающим устройством, которое представляет собой трубку;

- фиг.4 - цилиндрический аккумулятор с четырьмя теплопередающими устройствами, которые представляют собой трубку и имеют по одной конденсаторной зоне;

- фиг.5 - цилиндрический аккумулятор с четырьмя теплопередающими устройствами, которые представляют собой трубку и имеют по две конденсаторные зоны;

- фиг.6 - призматический аккумулятор с двумя теплопередающими устройствами, которые представляют собой пластину.

Описываемая аккумуляторная батарея состоит из n цилиндрических (см. фиг.1) или призматических (фиг.2) аккумуляторов 1, соединенных последовательно. Через электродные блоки 2 проходят испарительные зоны 3 теплопередающих устройств 5, которые находятся в тепловом контакте с электродными блоками 2. Конденсаторные зоны 4 теплопередающих устройств 5 находятся в тепловом контакте с корпусами аккумуляторов 1. На фиг.3 показан цилиндрический аккумулятор с одним теплопередающим устройством, которое представляет собой трубку. На фиг.4 показан цилиндрический аккумулятор с четырьмя теплопередающим устройствами, которые представляют собой трубку и имеют по одной конденсаторной зоне. На фиг.5 показан цилиндрический аккумулятор с четырьмя теплопередающими устройствами, которые представляют собой трубку и имеют по две конденсаторные зоны. На фиг.6 показан призматический аккумулятор с двумя теплопередающими устройствами. При этом теплопередающие устройства представляет собой пластину.

По сравнению с аналогами заявляемая аккумуляторная батарея имеет то преимущество, что обладает более простой конструкцией, не требует радиационного теплообменника и не имеет электрического контакта теплопередающего устройства с электродным блоком аккумулятора.

Таким образом, заявляемая конструкция аккумуляторной батареи космического аппарата позволяет снизить разницу температур внутри аккумулятора (так называемый «температурный градиент»), что ведет к уменьшению расхождения отдельных аккумуляторов по емкости. В результате увеличивается разрешенная безопасная глубина циклирования, что равнозначно уменьшению деградации удельной энергии батареи.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и последующей эксплуатации аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) различных типов в автономных системах электроснабжения космических аппаратов (КА), в частности искусственных спутников земли (ИСЗ). Технический результат заключается в уменьшении расхождения отдельных аккумуляторов по емкости. Поставленная задача решается тем, что в аккумуляторной батарее космического аппарата, состоящей из n аккумуляторов, соединенных последовательно, и теплопередающих устройств типа «тепловая труба», в центральные области электродных блоков аккумуляторов встроена испарительная часть теплопередающих устройств, а конденсаторные части теплопередающих устройств находятся в тепловом контакте с корпусом аккумуляторов. Заявляемая конструкция аккумуляторной батареи космического аппарата позволяет снизить разницу температур внутри аккумулятора (так называемый «температурный градиент»), что ведет к уменьшению расхождения отдельных аккумуляторов по емкости. В результате увеличивается разрешенная безопасная глубина циклирования, что равнозначно уменьшению деградации удельной энергии батареи. 6 ил.

Аккумуляторная батарея космического аппарата, состоящая из n аккумуляторов, соединенных последовательно, и теплопередающих устройств типа «тепловая труба», отличающаяся тем, что в центральные области электродных блоков аккумуляторов встроена испарительная часть теплопередающих устройств, а конденсаторные части теплопередающих устройств находятся в тепловом контакте с корпусом аккумуляторов.