ЛИТИЙ-ИОННАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам, содержащим химические источники тока, относящиеся к элементам вторичного типа, предназначенным для обеспечения электроэнергией потребителей, и может быть применена в качестве основного, резервного или аварийного источника электроэнергии в составе электроэнергетической системы объекта морской техники, например, подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, а также как накопитель электроэнергии в промышленных сетях.
Известна герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея, патент на полезную модель RU №21482, класс Н01М 10/12. Герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея, состоящая из бака, положительных и отрицательных электродов, сепараторов, матричного или загущенного электролита, токоведущих деталей и клапанов, отличающаяся тем, что активная масса отрицательных электродов содержит добавку гидрофобизатора.
Недостатком устройства является то, что герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея проигрывает литий-ионной аккумуляторной батарее по массогабаритным характеристикам при одинаковой энергии. Расположенная в аккумуляторном помещении того же объема литий-ионная аккумуляторная батарея будет иметь энергию значительно превышающую энергию свинцовой. Свинцовая батарея является источником газовыделений (водород, кислород) и требует наличия обслуживающих ее систем. В отличие от свинцовой литий-ионная аккумуляторная батарея не является источником газовыделений и не требует обслуживания.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является взятая за прототип «Литий-ионная аккумуляторная батарея», патент на полезную модель RU №67778, класс Н01М 10/04, Н01М 10/42. Литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая источники тока, соединенные последовательно в электрическую цепь в количестве, необходимом для обеспечения требуемого напряжения батареи и электрической емкости. Корпуса источников тока имеют призматическую форму и закреплены относительно друг друга. Аккумуляторы снабжены предохранительным средством для сброса избыточного давления. В корпус помещен блок электродов, собранный в виде скрутки, положительный и отрицательный выводы которого выведены на крышку источника тока. Для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионной аккумуляторной батареи, состоящей из восьми аккумуляторов, батарея содержит два устройства контроля электрических параметров источников тока. Каждое устройство контроля представляет собой систему электрически связанных между собой функциональных модулей управления и обработки информации (измерение величины текущего тока, температуры и напряжения на каждом аккумуляторе), обеспечивающие заряд-разряд аккумуляторной батареи, при этом выходы модулей управления и обработки информации соединены с входами модуля управления ключами через шины управления зарядом-разрядом, выход которого соединен через шину управления модулем силовых ключей с входом модуля силовых ключей. Модуль управления ключами представляет собой набор пороговых устройств, электрически связанных с модулем силовых ключей через шину управления модулем силовых ключей.
Недостатком данного устройства является то, что известная батарея не обеспечивает широкого диапазона напряжения, емкости и разрядного тока. Количество литий-ионных аккумуляторов в известной батарее строго фиксировано. Не обеспечивается электроизоляция корпуса литий-ионного аккумулятора и литий-ионной аккумуляторной батареи, так как электролит непосредственно контактирует с металлическим корпусом литий-ионного аккумулятора. Выводы блока электродов выходят на одну сторону, что не обеспечивает оптимальный тепловой режим работы литий-ионного аккумулятора и приводит к повышенным тепловыделениям литий-ионной аккумуляторной батареи.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение основных характеристик объекта морской техники, обеспечение максимально эффективного использования объема аккумуляторного помещения, удобства монтажа, диапазона напряжения, емкости и разрядного тока литий-ионной аккумуляторной батареи, необходимого для применения на объекте морской техники. Также задачей полезной модели является повышение безопасности и обеспечение электроизоляции литий-ионных аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторных блоков и литий-ионной аккумуляторной батареи, улучшение тепловых характеристик, уменьшение разогрева литий-ионных аккумуляторов и тепловыделений литий-ионной аккумуляторной батареи в воздух аккумуляторного помещения. Все эти характеристики играют первостепенное значение при интеграции литий-ионной аккумуляторной батареи в электроэнергетическую систему объекта морской техники.
Поставленная задача достигается соединением литий-ионных аккумуляторов в литий-ионную аккумуляторную батарею. Литий-ионные аккумуляторы собраны в литий-ионные аккумуляторные блоки, состоящие из не менее двух литий-ионных аккумуляторов, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумулятор, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторные блоки собраны в литий-ионную аккумуляторную батарею, состоящую из не менее двух литий-ионных аккумуляторных блоков, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумуляторный блок, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторных блоков. Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока обеспечивает необходимый уровень защиты от пыли и брызг. Также поставленная задача решается за счет разбиения блока электродов на отдельные электродные сборки. Электродные сборки запаяны в герметичные электроизолирующие пакеты с электролитом, обеспечивающие изоляцию токоведущих частей литий-ионного аккумулятора и электролита от корпуса литий-ионного аккумулятора. Решение поставленной задачи также достигается за счет размещения выводов электродных сборок и блока электродов с противоположных сторон. Положительный и отрицательный выводы электродных сборок расположены на противоположных сторонах электродных сборок. Такое расположение выводов уменьшает разогрев литий-ионных аккумуляторов и улучшает тепловые характеристики литий-ионной аккумуляторной батареи за счет уменьшения тепловыделений.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 - принципиальная схема литий-ионной аккумуляторной батареи;
на фиг.2 - корпус литий-ионного аккумулятора;
на фиг.3 - блок электродов;
на фиг.4 - электродная сборка в герметичном электроизолирующем пакете.
Литий-ионная аккумуляторная батарея 1, содержит источники тока в виде литий-ионных аккумуляторов 2, соединенных в электрическую цепь в количестве, необходимом для обеспечения требуемого напряжения и электрической емкости батареи. Корпуса 3 литий-ионных аккумуляторов 2 имеют призматическую форму с крышками 4, 5. Крышка 4 снабжена предохранительным средством 6, служащим для сброса избыточного внутреннего давления. Также на крышке 4 расположен положительный вывод 7, а на крышке 5 - отрицательный вывод 8 аккумулятора. Внутри корпусов 3 литий-ионных аккумуляторов 2 помещены блоки электродов 9, состоящие из не менее двух электродных сборок 10, запаянных в герметичные электроизолирующие пакеты 11 с электролитом. С противоположных сторон электродных сборок 10 расположены положительные 12 и отрицательные 13 выводы. Литий-ионные аккумуляторы 2 собраны в литий-ионные аккумуляторные блоки 14, состоящие из не менее двух литий-ионных аккумуляторов 2, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумулятор 2, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов 2. Литий-ионные аккумуляторные блоки 14 собраны в литий-ионную аккумуляторную батарею 1, состоящую из не менее двух литий-ионных аккумуляторных блоков 14, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумуляторный блок 14, либо два или более последовательно соединенных аккумуляторных блока 14.
Литий-ионная аккумуляторная батарея может быть применена в качестве накопителя в промышленных электросетях. При потере питания в такой сети литий-ионная аккумуляторная батарея может обеспечить высокие пиковые разрядные токи для обеспечения бесперебойного питания потребителей.
В составе электроэнергетической системы объекта морской техники, например подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, литий-ионная аккумуляторная батарея предназначена для обеспечения электроэнергией потребителей и может быть применена в качестве основного, резервного или аварийного источника электроэнергии.
В процессе использования на объекте применения производится заряд литий-ионной аккумуляторной батареи 1 постоянным током от источников электроэнергии объекта и ее разряд при питании потребителей. Перед началом заряда определяется уровень заряда литий-ионной аккумуляторной батареи 1 и в зависимости от времени, за которое необходимо зарядить литий-ионную аккумуляторную батарею 1 до номинальной емкости, выбирается ток и количество ступеней заряда. Заряд может проводиться одной или двумя ступенями. При одноступенчатом заряде литий-ионной аккумуляторной батарее 1 сообщается до 95% номинальной емкости. Заряд производится постоянным током до достижения максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. При двухступенчатом заряде на первой ступени литий-ионной аккумуляторной батарее 1 сообщается до 95% номинальной емкости, на второй ступени литий-ионная аккумуляторная батарея 1 заряжается до номинальной емкости. Заряд на первой ступени производится постоянным током до достижения максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. Заряд на второй ступени производится снижающимся по значению постоянным током при поддержании максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. Заряд на второй ступени прекращается, когда ток заряда снижается до заранее установленного значения. Литий-ионная аккумуляторная батарея 1 допускает проведение ускоренного одноступенчатого заряда изменяющимся по значению постоянным током от источников электроэнергии объекта применения, работающих на постоянной номинальной мощности.
Применение предлагаемой полезной модели улучшит основные характеристики объекта морской техники, например, подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, обеспечит широту диапазона напряжения, емкости и разрядного тока литий-ионной аккумуляторной батареи. При этом будет достигнуто максимально эффективное использование объема аккумуляторного помещения и удобство монтажа литий-ионной аккумуляторной батареи. Также будет повышена безопасность и улучшены тепловые характеристики литий-ионной аккумуляторной батареи. Все эти факторы играют первостепенное значение при интеграции литий-ионной аккумуляторной батареи в электроэнергетическую систему объекта морской техники.