АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2018 года по МПК H01M10/42 H02J7/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции литий-ионной аккумуляторной батареи (АБ).

Известна литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая аккумуляторы, соединенные по последовательно-параллельной схеме. Для защиты батареи от различного типа отказов аккумуляторов в последних имеется одноразовый встроенный элемент защиты, разрывающий их внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора [https://batteryworkshop.msfc.nasa.gov/presentations/27_LEO_Life_Test_ABSL_Sony_18650_GDudley.pdf]

Недостатком известной батареи является относительно низкая устойчивость к деградации параметров аккумуляторов (снижению емкости, повышению токов саморазряда и др.), так как при деградации одного аккумулятора снижается емкость или полностью выводится из работы вся цепочка из последовательно подключенных аккумуляторов.

Задачей настоящего изобретения является повышение безопасности работы и устойчивости аккумуляторной батареи к деградации характеристик аккумуляторов, имеющих одноразовый встроенный элемент защиты, разрывающий их внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора.

Указанных технический результат достигается тем, что:

Батарея на базе аккумуляторов, каждый из которых имеет одноразовый встроенный элемент токовой защиты, разрывающий его внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора, состоит из нескольких пар последовательно включенных аккумуляторов, электрически соединенных по параллельно-последовательной схеме.

В батарее в цепи пары последовательно включенных аккумуляторов имеется плавкая вставка, защищающая ее от токовых перегрузок.

Плавкая вставка расположена между последовательно включенными аккумуляторами.

В батарее аккумуляторы имеют цилиндрический корпус и размещены в одном или нескольких соединенных электрически параллельно или последовательно аккумуляторных блоках, каждый из которых имеет установленные на общей плите-основании вертикально и параллельно друг другу две пластины-держателя, имеющие сквозные цилиндрические отверстия, между которыми установлены и закреплены в отверстиях аккумуляторы, при этом с одной из внешних сторон пластин-держателей размещены токосборные шины, соединяющие аккумуляторы параллельно и параллельно-последовательно, с другой внешней стороны размещены токопроводящие перемычки, соединяющие аккумуляторы последовательно.

Аккумуляторы установлены в отверстиях пластин-держателей с гарантированным зазором.

В батарее соединение аккумуляторов с токосборными шинами и токопроводящими перемычками производится с использованием сварки.

Пример выполнения батареи.

Батарея состоит из 128 цилиндрических аккумуляторов 1, имеющих одноразовый встроенный элемент защиты, разрывающий внутреннюю электрическую цепь при повышении его внутреннего давления (фиг. 1). Батарея разделена на два электрически соединенных параллельно аккумуляторных блока 2 и 3 по 64 аккумулятора в каждом. В каждом блоке аккумуляторы 1 сначала соединяются парами с помощью плавкой вставки 4 последовательно, а затем пары подключаются по параллельно-последовательной схеме.

Конструкция батареи приведена на фиг. 2. Батарея включает плиту-основание 5, на котором установлены два унифицированных по конструкции аккумуляторных блока 2 и 3. Каждый аккумуляторный блок состоит из выполненных из алюминиевого сплава двух параллельных друг другу оксидированных пластин-держателей 6 и 7, имеющих сквозные цилиндрические отверстия 8, в которые установлены с гарантированным зазором и закреплены с помощью клея аккумуляторы 1.

С внешней стороны пластин-держателей 6 размещены токопроводящие перемычки, выполняющие в батарее функции плавкой вставки 4 и соединяющие пары аккумуляторов 1 последовательно. Токопроводящие перемычки 4 выполнены из калиброванной по длине и диаметру проволоки.

С внешней стороны пластин-держателей 7 размещены токосборные шины (+) 9 и (-) 10, соединяющие пары аккумуляторов 1 параллельно, а также токосборные шины 11, соединяющие пары аккумуляторов 1 параллельно-последовательно. Соединение аккумуляторов 1 с токосборными шинами 9 и 10 и токопроводящими перемычками 11 производится с использованием сварки.

Токосборные шины (+) 9 и (-) 10 аккумуляторных модулей 2 и 3 соединены между собой и выведены электрическими жгутами на электрический соединитель (на фиг. 1 и фиг. 2 условно не показаны).

Все перечисленные выше признаки непосредственно влияют на достижение указанного технического результата посредством предложенной схемы соединения аккумуляторов. Параллельно-последовательное соединение нескольких пар последовательно включенных аккумуляторов является существенным признаком с альтернативными элементами, направленными на достижение технического результата изобретения.

Лабораторные исследования, инженерные расчеты и сравнения с известными техническими решениями в данной области техники показали, что конструкция заявленного изобретения превосходит известные аналоги по таким параметрам, как: безопасность работы, устойчивость к деградации основных характеристик аккумуляторов (емкости, напряжения, допустимой глубины разряда, срока службы, допустимого тока заряда и разряда).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении аккумуляторных батарей, в частности батарей на основе литий-ионных аккумуляторов для космических аппаратов. Предложенная батарея состоит из нескольких пар последовательно включенных аккумуляторов, имеющих одноразовый встроенный элемент токовой защиты, разрывающий его внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора, электрически соединенных по параллельно-последовательной схеме. В качестве дополнительной защиты от возгораний из-за токовых перегрузок в цепи пары, последовательно включенных аккумуляторов, используется плавкая вставка, которая располагается между ними. При использовании цилиндрических аккумуляторов последние размещены между двумя пластинами-держателями, установленными на плите-основании вертикально и параллельно друг другу, для чего имеются сквозные отверстия для установки и закрепления аккумуляторов. С одной из внешних сторон пластин-держателей размещены токосборные шины, соединяющие аккумуляторы параллельно и параллельно-последовательно, с другой внешней стороны размещены токопроводящие перемычки, соединяющие аккумуляторы последовательно, которые выполняют функцию плавких вставок. Повышение безопасности работы и устойчивости аккумуляторных батарей к деградации характеристик аккумуляторов является техническим результатом изобретения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Батарея, состоящая из аккумуляторов, каждый из которых имеет одноразовый встроенный элемент токовой защиты, разрывающий его внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора, отличающаяся тем, что состоит из нескольких пар последовательно включенных аккумуляторов, электрически соединенных по параллельно-последовательной схеме.

2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что в цепи пары последовательно включенных аккумуляторов имеется плавкая вставка, защищающая ее от токовых перегрузок.

3. Батарея по п. 2, отличающаяся тем, что плавкая вставка расположена между последовательно включенными аккумуляторами.

4. Батарея по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что аккумуляторы имеют цилиндрический корпус и размещены в одном или нескольких соединенных электрически параллельно или последовательно аккумуляторных блоках, каждый из которых имеет установленные на общей плите-основании вертикально и параллельно друг другу две пластины-держателя со сквозными цилиндрическими отверстиями, между которыми установлены и закреплены в отверстиях аккумуляторы, при этом с одной из внешних сторон пластин-держателей размещены токосборные шины, соединяющие аккумуляторы параллельно и параллельно-последовательно, с другой внешней стороны размещены токопроводящие перемычки, соединяющие аккумуляторы последовательно.

5. Батарея по п. 4, отличающаяся тем, что пластины-держатели выполнены из алюминиевого или магниевого сплава, а аккумуляторы установлены в отверстиях с гарантированным зазором.

6. Батарея по любому из пп. 4, 5, отличающаяся тем, что соединение аккумуляторов с токосборными шинами и токопроводящими перемычками производится с использованием сварки.