Батарея литиевых элементов

МПК: H01M10/04
Батарея литиевых элементов
Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкции литиевой батареи для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую и может быть использована при производстве батарей из литиевых химических источников тока, предназначенных для основного и резервного обеспечения электроэнергией систем телемеханики и телеметрии, опускаемых в скважины буровых аппаратов.
Известны различные конструкции батарей, представляющих собой помещенные в корпус либо кожух один или несколько соединенных между собой литиевых элементов с отрицательными и положительными токовыводами:
патент RU на изобретение №2214655 «Первичная батарея, имеющая встроенный преобразователь постоянного напряжения»,
заявка US на изобретение №2011248680 «Lithium-ion battery with automatically activated battery management system»,
патенты RU на полезные модели с названием «Первичная литиевая батарея» №№ 39745, 46388, 62484, 71819, 94383, 106449, 150741,
патенты RU на полезные модели с названием «Литиевая батарея» №№ 152522, 164335.
Известна также литиевая батарея, описанная в патенте RU на полезную модель №173458. Батарея содержит цепь последовательно соединенных литиевых источников тока (ИТ), модуль контроля и управления (МКУ). Положительные и отрицательные выводы цепи ИТ подключены соответственно к положительному и отрицательному токовыводам батареи. МКУ включает электронный ключ, нормально закрытый проводящий канал которого включен между одним из выводов цепи ИТ и токовыводом батареи, имеющий цепь питания, подключенную к выводам цепи последовательно соединенных ИТ. Кроме того литиевая батарея снабжена диодом, токоограничивающим элементом, дополнительным источником тока и реле с нормально разомкнутыми контактами. Диод включен в прямом направлении между токовыводом батареи и цепью последовательно соединенных литиевых ИТ. Нормально разомкнутые контакты реле включены в разрыв цепи питания МКУ. Токоограничивающий элемент подключен параллельно нормально закрытому проводящему каналу электронного ключа, а дополнительный источник тока с реле соединены в последовательную цепь, которая подключена встречно и параллельно диоду.
Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции является литиевая батарея, описанная в патенте RU на полезную модель №120777. Литиевая батарея содержит литиевые химические источники тока с положительным и отрицательным токовыводами, систему контроля и мониторинга, обеспечивающую в том числе и контроль израсходованной электрической емкости батареи. Система состоит из контроллера, монтирующегося в батарею на этапе сборки, и устройства считывания, подключающегося к контроллеру при необходимости получения информации. Передача информации может осуществляться с помощью кабеля через контакт в штатном разъёме батареи, с помощью кабеля через отдельный специальный разъём на корпусе, бесконтактным методом.
Недостатком наиболее близкого аналога является наличие постоянно включённой на весь жизненный цикл батареи (хранение, транспортирование, эксплуатация) системы контроля расхода электрической ёмкости (энергии), в результате чего на этапах хранения и транспортирования происходит расход ёмкости (энергии) батареи, что не обеспечивает, в итоге, продолжительного срока её работы и хранения в течение длительного времени (5-10 лет). Потребляемый системой контроля ток составляет от 50 до 200 мкА, то есть за год хранения расход ёмкости составит примерно от 0,8 до 2 А·ч, что эквивалентно снижению (потери) ёмкости (энергии) батареи на 8-12%.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение возможности экономии электрической ёмкости (энергии) в процессе хранения и/или транспортирования батареи литиевых элементов.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в батарее литиевых элементов, включающей помещенные в корпус: с торцевых ее сторон заглушки; блок соединенных между собой первичных литиевых элементов с положительными и отрицательными токовыводами, выходящими соответственно на отрицательный и положительный силовые контакты заглушек; счётчик израсходованной электрической емкости, параллельно блоку первичных литиевых элементов включена цепь питания счётчика израсходованной электрической ёмкости, снабженная коммутационными выводами, выходящими наружу из батареи и предназначенными для включения и выключения счётчика израсходованной электрической ёмкости.
Технический результат заявляемого решения заключается в максимально возможной экономии ёмкости (энергии) литиевой батареи за счет контроля расхода ресурса литиевой батареи только в момент возникновения потребности этого контроля, то есть при эксплуатации, благодаря включению счётчика израсходованной электрической ёмкости (энергии) таким образом, как заявлено в полученном авторами решении (см. абзац выше и формулу полезной модели).
Заявляемое техническое решение поясняется с помощью Фиг., на которой изображена функциональная схема заявляемой батареи литиевых элементов. Позициями 1-7 обозначены:
1- блок первичных литиевых элементов,
2- корпус
3- заглушки,
4- счётчик израсходованной электрической емкости,
5- коммутационный выводы,
6- силовые контакты,
7- разъём для подключения индикатора.
Батарея состоит из блока 1 соединенных между собой первичных литиевых элементов. Блок помещен в корпус 2, имеющий на торцевых сторонах заглушки 3 с отрицательным и положительным силовыми контактами 6. Как правило, блок включает в себя несколько первичных литиевых элементов типоразмера DD с положительными и отрицательными токовыводами. Между одной из заглушек 3 и блоком 1 размещен счётчик израсходованной электрической емкости 4 с цепью питания. Цепь питания включена параллельно блоку первичных литиевых элементов 1. Коммутационные выводы 5 выходят наружу из батареи, сквозь одну из заглушек 3, и предназначены для включения и выключения счётчика израсходованной электрической ёмкости (энергии) 4 посредством механического или электрического соединения. Элементы, находящиеся в корпусе 2 батареи, в том числе счётчик израсходованной электрической ёмкости 4, залиты высокотемпературным компаундом. На корпусе 2 батареи выполнен разъём 7 для подключения внешнего индикатора с целью осуществления контроля ее состояния.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
На этапах пассивной эксплуатации – хранение, транспортирование – коммутационные выводы разомкнуты. Непосредственно перед включением батареи на разряд коммутационные выводы замыкаются – счётчик израсходованной электрической ёмкости включён. Для снятия информации от счётчика он может быть снабжен, например, одиннадцатиконтактным разъёмом, размещённым на корпусе батареи для подключения светодиодного индикатора.
Пример.
2
Заявляемое техническое решение апробировано в качестве опытного образца, представляющего собой батарею, включающую элементы типоразмера DD, с описанными выше функциональными возможностями на одном из предприятий отрасли. Блок первичных литиевых элементов помещен в цилиндрический корпус с изоляционными заглушками. Счётчик израсходованной электрической ёмкости включает микроконтроллер, разъёмы и датчик. Коммутационные выводы счётчика выполнены из провода марки МС 16-13 сечения 0,2 мм. В качестве наполнителя использован высокотемпературный компаунд.
Данный вид конструкции батареи позволяет осуществить хранение её на складе в течение 10-15 лет без дополнительных энергозатрат на питание устройства контроля состояния батареи, выполненного в виде счётчика израсходованной электрической ёмкости.