ПЕРВИЧНАЯ ЛИТИЕВАЯ БАТАРЕЯ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к первичным литиевым батареям, применяемым в диагностической аппаратуре внутритрубных дефектоскопов нефте и -газопроводов, и может быть использована в качестве источника энергии для питания различных объектов.
Проблема обеспечения пожаровзрывобезопасности высокоэнергетичных литиевых батарей большой емкости и мощности остается актуальной и является препятствием их широкому использованию. Разработчики и производители литиевых батарей используют ряд технических решений для обеспечения пожаровзрывобезопасности батарей при нештатных условиях эксплуатации (короткое замыкание, переразряд элементов, заряд элементов и т.д.).
Известны литиевые батареи (журнал «Электрохимическая энергетика», 2001, №3, стр.39-44), состоящие из тионил-хлоридных элементов, в которых в качестве мер безопасности используются:
а) от внешнего короткого замыкания - плавкие предохранители;
б) от переразряда элементов - диоды, соединенные параллельно с каждым элементом последовательной цепи;
в) от заряда цепей - внешние блокирующие диоды.
Известны также литиевые батареи типа 4ER6S, 4ER14S, 4ER20S разработки НКТБ ХИТ, г.Новочеркасск (Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики. Материалы IV Международной конференции 21-23 июня 1999 г., Саратов, 1999, стр.50-51), представляющие собой пластмассовый корпус с расположенным в нем литий-тионилхлоридными элементами, соединенными параллельно - последовательно в электрические цепи. Для предотвращения возможного заряда в каждой из цепей имеется последовательно включенный диод. Кроме этого, каждый элемент имеет параллельно подключенный диод для
предотвращения переразряда элементов. Батареи снабжены также предохранителем (один на все параллельные цепи) в виде плавкой вставки для защиты батареи от короткого замыкания. Корпус батареи с находящимися в нем элементами залит эпоксидным компаундом.
Батареи имеют высокие эксплуатационные характеристики в широком спектре внешних воздействующих факторов.
Однако, предлагаемые меры пожаровзрывобезопасности не могут быть эффективными в тех случаях, когда компоновка элементов в корпусе батареи плотная и корпуса элементов разделены друг от друга только толщинами электроизоляционных оболочек, одетых на корпуса. При случайной разгерметизации элементов (например, по гермоузлу или клапану сброса избыточного давления) вытекающий агрессивный электролит может растворить электроизоляционные оболочки, что приведет к замыканию друг с другом корпусов соседних элементов. В том случае, если замыкание будет у соседних элементов одной последовательной цепи, то произойдет короткое замыкание одного из элементов корпусом другого, а в случае, если замыкание корпусами будет у элементов, находящихся в разных (соседних) цепях, то образуются электрические контуры, в которых цепи с меньшим количеством элементов будут заряжаться от цепей с большим количеством элементов, минуя блокирующие диоды. Данные процессы могут привести к возгоранию и взрыву элементов. Кроме того, возможны короткие замыкания корпусов элементов с коммутирующими проводами, имеющими другую полярность, у которых также может быть нарушена электроизоляция вытекшим агрессивным электролитом.
С помощью предложенных вариантов полезной модели решается задача исключения внутрисхемных замыканий в батарее из-за разгерметизации элементов.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и пожаровзрывобезопасности первичной литиевой батареи.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в первичной литиевой батарее, в соответствии с первым вариантом,
содержащей компактно размещенные в корпусе первичные литиевые элементы, соединенные, по меньшей мере, в две параллельные электрические цепи, связанные с токовыводами через общий для всех цепей предохранитель и снабженные защитными средствами в виде последовательно включенного в каждую цепь диода и параллельно включенного к каждому элементу диода, каждый элемент цепи отделен от соседних элементов термостойким и химически устойчивым к электролиту электроизоляционным средством (материалом), а в каждой цепи между первым элементом и общим проводом, соединяющим цепи с токовыводом, расположены предохранитель и дополнительный диод, включенные последовательно.
Термостойкое химически устойчивое к электролиту электроизоляционное средство (материал) может быть выполнено в виде:
а) отдельных прокладок из фторопласта, размещенных между соседними элементами в местах возможного их касания;
б) цилиндрических оболочек из тонкого листового фторопласта, расположенных вокруг боковой поверхности каждого элемента.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в первичной литиевой батарее, в соответствии со вторым вариантом, содержащей компактно размещенные в корпусе первичные литиевые элементы, соединенные, по меньшей мере, в две параллельные электрические цепи, связанные с токовыводами через общий для всех цепей предохранитель и снабженные защитными средствами в виде последовательно включенного в каждую цепь диода и параллельно включенного к каждому элементу диода, корпус выполнен из термостойкого и химически устойчивого к электролиту электроизоляционного материала (фторопласта). В корпусе специально сформированы гнезда для размещения литиевых элементов. В каждой цепи между первым элементом и общим проводом, соединяющим цепи с токовыводом, расположены предохранитель и дополнительный диод, включенные последовательно.
В любом варианте исполнения указанное средство (материал) предотвращает замыкание как между соседними элементами одной цепи, так и между элементами соседних цепей, в случае разгерметизации элементов и растворения собственных оболочек элементов или изоляции соединительных проводов.
Предохранитель, расположенный в каждой цепи между первым элементом и общим проводом, предохраняет цепь от короткого замыкания, например, между общим проводом и любым из элементов, или между общим проводом и любым соединительным межэлементным проводом.
Дополнительный диод, включенный последовательно, предотвращает возможность зарядного процесса в случае, если все же произошло замыкание между элементами соседних цепей. Например, 8-ой элемент одной цепи коснулся корпусом 3-его элемента соседней цепи: в отсутствии диода в этом замкнутом контуре может протекать, зарядный ток обратного направления в цепи с тремя элементами, который может привести к взрыву.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен фрагмент литиевой батареи с разделением элементов термостойким химически устойчивым к электролиту электроизоляционным средством в виде прокладок; на фиг.2 - то же в виде цилиндрических оболочек; на фиг3З - то же в виде образованных в корпусе гнезд; на фиг.4 приведена принципиальная электрическая схема литиевой батареи.
Первичные литиевые элементы 1 соединены коммутирующими проводами 2 в электрические цепи и компактно размещены в корпусе 3. Для исключения замыкания между соседними элементами одной цепи или между элементами разных цепей, они (элементы) разделены фторопластовыми прокладками 4 (фиг.1), или цилиндрическими оболочками 5 из тонкого листового фторопласта (фиг.2) или корпус батареи выполнен из фторопласта со специальными гнездами 6 (фиг.3), в которых размещаются элементы. В случае разгерметизации элементов вытекший электролит не приведет к растворению химически устойчивых
разделительных устройств (прокладок, оболочек, корпуса) и тем самым предотвращаются замыкания между соседними элементами.
На фиг.4 представлена электрическая схема батареи, состоящая из параллельных электрических цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные первичные литиевые элементы 1 с параллельно включенными диодами 7 и последовательно включенным в каждую цепь диодом 8. Цепи соединяются общими проводами 9 и 10 через предохранитель 11 с токовыводами 12.
В случае разгерметизации элементов и выхода электролита, а также в случае механических повреждений батареи с возможным нарушением разделительных устройств, электролит может растворить изоляцию проводов и собственные полиэтиленовые оболочки элементов. В результате возможны замыкания:
а) между общим проводом 9 и любым из элементов;
б) между общим проводом 9 и любым из коммутирующих межэлементных проводов;
в) между соседними элементами различных цепей. Случаи «а» и «б» приводят к коротким замыканиям в цепях; случай «в» приводит к зарядному процессу в цепи с меньшим количеством элементов. Все указанные случаи приводят к взрыву батареи. Для исключения указанных замыканий и зарядных процессов в каждую цепь между первым элементом цепи и общим проводом 9 включен предохранитель 13 и дополнительный диод 14, включенные последовательно в цепь.
Таким образом, в данной полезной модели реализована двойная защита от возможных внутрисхемных замыканий, которая повышает надежность и пожаровзрывобезопасность литиевой батареи, расширяя возможность ее использования.
В качестве литиевых элементов могут быть использованы элементы литий-тионилхлоридной и литий-сульфурил-хлоридной электрохимических систем.
Предлагаемые варианты батареи прошли экспериментальную апробацию с положительным результатом.