МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрохимическим конденсаторам и батареям на их основе, предназначенным для электропитания устройств, работающих продолжительное время в буферном режиме, применяемых в авиационной технике.
Известна батарея (у нас - модуль) электрохимических конденсаторов (RU №2308111 опубликован 10.12.2005 МПК H01G 9/00), включающая корпус батареи, корпус конденсатора, положительный и отрицательный токовыводы, систему охлаждения, устройство температурного контроля и, по крайней мере, два электрически соединенных конденсатора, каждый из которых содержит корпус конденсатора, находящиеся в нем водный электролит, поляризуемый электрод, выполненный из активированного углеродного материала, и неполяризуемый электрод, содержащий материал, электрохимически обратимо работающий в среде водного электролита. Батарея снабжена устройством сжатия конденсаторов, каждый корпус конденсатора выполнен призматическим, из полимерного материала, и они расположены в один или несколько рядов, а система охлаждения состоит из теплоотводящих пластин, например радиаторов, и контактирующего с ними устройства распределения теплоносителя с механизмом подачи и отвода теплоносителя. Корпус батареи, скрепляющей конденсаторы, выполнен в виде хомута, выполненного из полимерного материала или металла с защитным покрытием.
Недостатком данного технического решения является неустойчивость конструкции батареи к вращательным нагрузкам, характерным для работы авиационной техники.
Известен модуль электрохимических конденсаторов (ЭХК) (Патент RU №96444, опубликован 27.07.2010, МПК H01G 9/04, принят за прототип), содержащий корпус с токовыводами, набор ЭХК, включающий, по меньшей мере, два ЭХК, размещенные в корпусе и электрически соединенные перемычками между собой и с токовыводами, устройство поджатая ЭХК, содержащее пружину и пластину со стороны ЭХК, стянутые металлической лентой. При этом ЭХК, пружина поджатия и пластина помещены в общий хомут, в качестве которого может использоваться корпус модуля.
Недостатком прототипа является недостаточная устойчивость конструкции и, в особенности, токовыводов к вращательным нагрузкам, а также не выделенные в качестве существенных признаков отношение общего объема модуля к полезному при обеспечении необходимого теплоотвода, что является важными условиями применения модуля электрохимических конденсаторов в авиационной технике. Повышение температуры при работе электрохимических конденсаторов в составе модуля может привести к повышению внутреннего давления, повреждениям корпусов электрохимических конденсаторов и проливу нагретого и агрессивного электролита, приводящего к выходу из строя всего модуля.
Проблемой разработки химических источников тока для авиационной техники является обеспечение высокой устойчивости конструкции к вращательным нагрузкам.
Указанная проблема решается предлагаемой конструкцией модуля электрохимических конденсаторов. Модуль электрохимических конденсаторов, содержащий корпус с токовыводами, электрохимические конденсаторы, размещенные в корпусе и электрически соединенные перемычками между собой и с токовыводами, устройство поджатия электрохимических конденсаторов, выполненное в виде пружины, электрохимические конденсаторы и пружина помещены в общий хомут, в качестве которого используют металлическую ленту и корпус модуля, причем корпус выполнен из алюминия, имеет форму прямого параллелепипеда со срезанными ребрами в верхней части, состоящего из двух половин, стянутых болтами, имеет проточки на боковых гранях корпуса и снабжен проушинами, выполненными неразъемным соединением с корпусом в виде сегментов диска, расположенных в нижней части корпуса на нижней и боковых гранях, токовыводы выполнены в виде шин и присоединенных к ним проводов, введенных в одну из торцевых стенок корпуса с помощью болтов с отверстиями, снабженными торцевыми уплотнительными прокладками.
Алюминий как материал корпуса имеет малую плотность и высокую теплопроводность, что в совокупности с проточками на боковых гранях обеспечивает надежный теплоотвод от корпусов электрохимических конденсаторов. Надежность теплоотвода обусловливает также прижатие электрохимических конденсаторов к внутренней поверхности корпуса, что достигается выполнением корпуса в виде двух половин, стянутых болтами. Форма корпуса в виде прямого параллелепипеда со срезанными ребрами позволяет уменьшить объем воздуха внутри корпуса, что положительно влияет на теплообмен, а также обеспечивает закрепление корпуса внутри цилиндрических оболочек, характерных для авиационной техники. При вращении корпуса в процессе работы центробежная нагрузка распределяется на всю поверхность среза ребра, чем снижается риск разрушения корпуса по ребрам, являющимся местом концентрации механических напряжений. Выполнение проушин заодно с корпусом в виде сегментов диска обеспечивает прижатие корпуса к посадочному месту с большей поверхностью контакта, что способствует фиксации корпуса от угловых смещений при вращении. Осевые смещения предотвращаются размещением проушин в нижней части корпуса на нижней и боковых гранях. Смещение электрохимических конденсаторов внутри корпуса под действием вращательных моментов исключается стяжкой электрохимических конденсаторов хомутом, образуемым фиксирующей пружиной, металлической лентой и охватывающими ее половинами корпуса. Выполнение токовыводов в виде шин обеспечивает прочность коммутации электрохимических конденсаторов и снижает тепловыделение от протекания тока в области расположения электрохимических конденсаторов. Гибкие провода, соединяющиеся с шинами и вводимые в корпус через торцевую стенку с помощью болтов с отверстиями, снабженных торцевыми уплотнительными прокладками, позволяют уменьшить воздушные зазоры внутри корпуса, а также служат для исключения обрыва токоотводов при осевых и вращательных нагрузках на провода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сбоку модуля электрохимических конденсаторов
На фиг. 2 показан вид спереди блока электрохимических конденсаторов
На фиг. 3 показан вид сверху блока электрохимических конденсаторов
1 - корпус
2 - электрохимические конденсаторы
3 - перемычки
4 - половины корпуса
5 - болты
6 - пружина
7 - проточки
8 - проушины
9 - металлическая лента
10 - шины
11 - провода
12- болты с отверстиями
13 - торцевые уплотнительные прокладки.
Модуль электрохимических конденсаторов содержит корпус 1, выполненный из алюминия в форме прямого параллелепипеда со срезанными ребрами, состоящий из двух половин 4, стянутых болтами 5, электрохимические конденсаторы 2, размещенные в корпусе 1 и электрически соединенные перемычками 3 между собой и с токовыводами, устройство поджатия электрохимических конденсаторов, выполненное в виде пружины 6. Пружина 6 и электрохимические конденсаторы 2, помещены в общий хомут, в качестве которого используют металлическую ленту 9 и корпус 1 модуля. Половины корпуса 4 имеют проточки 7 на боковых гранях и снабжены проушинами 8, выполненными заодно с половинами корпуса 5 в виде сегментов диска, расположенных в передней части корпуса на боковых гранях, а в задней части на нижней торцевой грани. Электрохимические конденсаторы 2 и пружина 6 стянуты металлической лентой 9 и прижаты корпусом 1, к внутренней поверхности боковых граней половин корпуса 4. Токовыводы выполнены в виде шин 10, присоединенных к ним проводов 11, введенных в торцевую стенку корпуса 1 с помощью болтов с отверстиями 12, снабженными торцевыми уплотнительными прокладками 13.
Модуль электрохимических конденсаторов собирают путем стягивания электрохимических конденсаторов 2 в группы по 3 штуки с помощью металлической ленты 9, которая фиксирует на их боковой поверхности пружину 6. Электрохимические конденсаторы 2 соединяют перемычками 3 таким образом, чтобы они образовывали последовательную цепь. К концевым полюсам цепи присоединяют шины 10, на которых закрепляют провода 11. Электрохимические конденсаторы 2 в собранном состоянии помещают между половинами корпуса 4. Свободные концы проводов 11 продевают в отверстия болтов с отверстиями 12 и торцевыми уплотнительными прокладками 13, после чего болты с отверстиями 12 закручивают до поджатия уплотнительных прокладок 13, блокирующих свободное перемещение проводов 11. Половины корпуса 4 соединяют с помощью болтов 5. Модуль электрохимических конденсаторов устанавливают на посадочное место цилиндрической конфигурации и закрепляют с помощью проушин 8 таким образом, чтобы срезанные ребра, проушины и посадочное место образовывали жесткую конструкцию во всех направлениях. Провода 11 подключают к требуемому месту в схеме. При включении схемы на токоотводы модуля электрохимических конденсаторов подается буферное напряжение, компенсирующее саморазряд электрохимических конденсаторов 2. В требуемый по режиму работы момент времени происходит включение модуля электрохимических конденсаторов на нагрузку, электрохимические конденсаторы 2 обеспечивают протекание в цепи нагрузки требуемого значения тока в течение времени, определенном режимом работы модуля электрохимических конденсаторов. По достижении конечного напряжения разряда модуль электрохимических конденсаторов переходит в режим буферного подзаряда. При возникновении вращательной нагрузки смещение корпуса модуля электрохимических конденсаторов 1 относительно посадочного места блокируется закреплением проушин 8 ко всей цилиндрической поверхности контакта, а также формой половин корпуса 4, имеющей срезанные ребра. Закреплением электрохимических конденсаторов в общий хомут, образуемый корпусом 1, металлической лентой 9 и пружиной 6 достигается полное исключение смещений электрохимических конденсаторов 2 относительно корпуса 1, что предотвращает турбулентные движения электролита внутри электрохимических конденсаторов и снижает связанную с этим вероятность разлива электролита, что сразу выводит модуль электрохимических конденсаторов из строя. Выполнение токоотвода в виде проводов 11, соединенных с шинами 10 с помощью болтов с отверстиями 12 и торцевых уплотнительных прокладок 13, предотвращает обрыв проводов 11 при возможных осевых нагрузках на контакты со схемой. Тепло, выделяющееся при работе электрохимических конденсаторов 2, отводится боковой поверхностью половин корпуса 4, имеющей проточки 7, а также срезанными ребрами половин корпуса 4.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели - материал и форма корпуса, токовыводы и крепление корпуса модуля позволяют повысить устойчивость модуля электрохимических конденсаторов к вращательным нагрузкам за счет повышения надежности закрепления корпуса модуля к посадочному месту и снижения вероятности нагрева элементов конструкции во время работы.