Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2451370

(19)

RU

(11)

2451370

(13)

C1

(51) МПК H01M10/0525 (2010.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010150922/07, 13.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

13.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 13.12.2010

(45) Опубликовано: 20.05.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 2008096072 A1, 24.04.2008. US 5994669 A, 30.11.1999. US 5281792 A, 25.01.1994. RU 2008129298 A, 17.07.2008.

Адрес для переписки:

410015, г.Саратов, ул. Орджоникидзе, 11, Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока"

(72) Автор(ы):

Волынский Вячеслав Виталиевич (RU),

Тюгаев Вячеслав Николаевич (RU),

Волынская Валентина Васильевна (RU),

Гришин Сергей Владимирович (RU),

Куклева Наталья Васильевна (RU),

Клюев Владимир Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" (RU)

(54) СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ И БАТАРЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе. Техническим результатом является повышение работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе путем использования при их сборки температурных датчиков и систем подогрева. Согласно изобретению способ обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при низких температурах включает батарейный блок и подогреватель, который крепится к нижней части корпуса батарейного блока и включается после срабатывания температурного датчика, настроенного на температуру, равную менее 0°С, отключение нагревателя происходит после достижения температуры более 0°С на температурном датчике. 1 ил.

Изобретение «Способ обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при низких температурах» относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве промышленных литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе, работающих в температурном диапазоне от минус 40°С до плюс 50°С.

Литий-ионные аккумуляторы являются одними из наиболее перспективных для использования в качестве тяговых батарей для электротранспорта. Технология производства литий-ионных аккумуляторов постоянно совершенствуется, улучшаются характеристики, уменьшается стоимость производства аккумуляторов. В перспективе литий-ионные аккумуляторы могут стать основным источником питания транспортного и стационарного назначения. Преимуществами данного типа аккумуляторов являются:

- наибольшая плотность энергии из всех разновидностей аккумуляторов - как объемная, так и весовая;

- напряжение питания на элементе - 3,6 В, что в 3 раза выше, чем у NiMH и NiCd аккумуляторов, и почти в 2 раза выше, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов;

- быстрый процесс заряда батарей - до 90% емкости за 30-40 минут;

- высокий показатель ресурса - свыше 1000 циклов разряда/заряда;

- низкий показатель саморазряда - до 5% в месяц;

- экологическая безопасность - могут утилизироваться без предварительной переработки.

Однако, помимо упомянутых преимуществ, данным аккумуляторам присущ и такой крупный недостаток, как низкая работоспособность при отрицательных температурах, что не приемлемо при работе любого транспорта в России. Чтобы исправить данный недостаток и увеличить температурный диапазон работоспособности литий-ионной батареи, предлагаем использовать в конструкции данной батареи подогреватель.

Известна система подогрева батареи [1], состоящая из нескольких нагревательных элементов, помещенных в защитный кожух, размещаемый вблизи батареи. Нагреватель оснащается двухпозиционным выключателем и термостатическим управляющим таймером с отдельным источником питания. Последний представляет собой еще одну батарею либо обычный внешний сетевой блок питания. Термостатический управляющий таймер позволяет пользователю периодически эксплуатировать подогреватель в режиме повышенной мощности. Кроме того, термостатическая система управления оснащена функцией повышения температуры подогревателя для подогрева батареи непосредственно перед пуском.

Недостатками данного способа являются сложность изготовления, неудобство при использовании и удорожание самой батареи.

Известен подогреватель аккумуляторной батареи [2], включающий в себя нагревательное сопротивление для подогрева батареи и комбинированный источник питания в диэлектрическом корпусе, обеспечивающий подачу выпрямленного тока к токоотводам аккумуляторной батареи и управляющий величиной переменного тока, подаваемого на нагревательное сопротивление, и регулирующий таким образом температуру подогревателя.

Недостатком данного способа является сложность конструкции за счет применения дополнительного отсека для источника питания.

Известна батарея традиционной конструкции [3], помещенная в теплоизолирующий бокс совместно с аккумулятором, подключенным к схеме, состоящей из нагревательного элемента и термостатического выключателя, настроенного на включение подогревателя при падении температуры внутри бокса ниже заданного порога.

Недостатками данного способа являются необходимость в дополнительных затратах на изготовление бокса, его монтаж и комплектование дополнительным аккумулятором.

Известен подогреватель батареи [4], включающий в себя элемент с положительным температурным коэффициентом, размеры которого позволяют поддерживать температуру батареи, к которой крепится подогреватель, в диапазоне 7,22 до 37,78°С при температуре окружающей среды от -34,44 до 23,89°С, и корпус для размещения элемента, предпочтительно из вспененной пластмассы. Корпус крепится к плоской стенке батареи с помощью клея или механического соединения.

Недостатками данного способа являются неудобства при использовании, и подогрев батареи происходит только с одной стороны, что требует значительных затрат на электроэнергию, чтобы подогреть всю батарею.

Известна батарея [5], включающая в себя электродные блоки, составленные из анодных и катодных пластин; корпус, в котором размещаются электродные блоки и электролит; крышку, закрывающую корпус; нагревательные элементы со специально обработанной поверхностью для достижения стойкости к электролиту, помещенные в корпус. Электролит эффективно подогревается с целью предотвращения падения ЭДС в результате понижения температуры электролита. Таким образом, величина ЭДС постоянно поддерживается на надлежащем уровне.

Недостатком данного способа является сложность изготовления, так как нагревательный элемент должен быть установлен в саму батарею, что приводит к уменьшению полезного места.

Из известных способов наиболее близким по совокупности существенных признаков является батарейный блок с подогревом [6], состоящий из нескольких аккумуляторов, корпуса и двух нагревателей, установленных с таким расчетом, чтобы избежать вероятности неравномерного подогрева батарей и перепада температур между ними.

Однако указанный способ содержит явный недостаток, применение двух нагревателей вместо одного, что влечет за собой повышенный расход электроэнергии и сложность при изготовлении, также эти нагреватели имеют разные размеры, что влечет за собой неравномерное нагревание батареи.

Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при отрицательных температурах.

Указанный технический результат достигается способом изготовления литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе путем использования при их сборке температурных датчиков и систем подогрева.

Способ обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при низких температурах заключается в следующем.

Батарейный блок с подогревателем включает в себя батарейный блок и нагреватель. На приведенном рисунке упрощенно показано устройство батарейного блока с подогревателем.

Батарейный блок состоит из корпуса, составленного из верхней поз.1 и нижней поз.2 половин, и батареи из нескольких литий-ионных аккумуляторов поз.3, расположенных внутри корпуса.

Верхняя половина корпуса поз.1 представляет собой прямоугольный металлический бокс с фланцем поз.4. Аналогично, нижняя часть корпуса поз.2 представляет собой металлический поддон с фланцем поз.5.

Верхняя поз.1 и нижняя поз.2 половины корпуса соединяются в местах контакта фланцев поз.4 и поз.5 болтовыми соединениями поз.6 таким образом, что аккумулятор или аккумуляторная батарея поз.3 фиксируется внутри корпуса.

В нижней части составленного, таким образом, из двух половин батарейного блока остается пустое пространство 7.

Нагреватель состоит из нагревательного элемента поз.8, держателя поз.9 и теплоизоляции поз.10. Держатель поз.9 крепится к днищу нижней половины корпуса поз.2 посредством болтового соединения поз.11 либо сварки.

В боковых стенках корпуса предусматриваются технологические отверстия поз.12 для обеспечения циркуляции воздуха.

Кроме того, внутри корпуса размещен температурный датчик поз.13, который соединен с контроллером и нагревателем поз.8 и настроен на срабатывание при температуре воздуха менее 0°С. При достижении данного порогового значения температуры датчик поз.13 посылает сигнал на контроллер, который, в свою очередь, включает нагреватель поз.8.

Нагреватель поз.8 вырабатывает тепло, которое поднимается и нагревает воздушное пространство поз.7 под аккумуляторной батареей поз.3, тем самым обеспечивая уровень температуры, оптимальный для нормальной работы батареи.

Как только температура в корпусе батареи достигла значения более 0°С на температурном датчике поз.13, датчик посылает сигнал на контроллер, и тот, в свою очередь, отключает нагреватель поз.8.

Данная схема позволяет обеспечить работоспособность литий-ионного аккумулятора и батареи при низких значениях температуры.

Полученные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением заявленного технического результата.

На основании вышеизложенного следует, что заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемый экономически эффективный способ позволяет изготавливать литий-ионные аккумуляторы и батареи на их основе, работающие при низких температурах.

Источники информации

1. Патент США 5,994,669 от 30 ноября 1999 г.

2. Патент США 5,281,792 от 25 января 1994 г.

3. Патент США 5,039,927 от 13 августа 1991 г.

4. Патент США 4,591,692 от 27 мая 1986 г.

5. Патент США 3,723,187 от 27 марта 1973 г.

6. Заявка США 2008/0096072 от 24 апреля 2008 г.

Формула изобретения

Способ обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при отрицательных температурах, включающий батарейный блок, подогреватель и температурный датчик, отличающийся тем, что подогреватель крепится к нижней части корпуса батареи с помощью болтового соединения или сварки и включается только после срабатывания температурного датчика, расположенного в боковой части корпуса батареи, настроенного на температуру менее 0°С, и отключает нагреватель при достижении температуры более 0°С на температурном датчике.

РИСУНКИ