Аккумулятор

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована в качестве накопителя энергии, альтернативной энергетики, источника бесперебойного питания, в источниках резервного питания, систем рекуперации электроэнергии и выравнивания сетевых нагрузок.
Известны различные конструкции аккумуляторов.
К примеру, известен аккумулятор Tracer 12V 12Ah (https://www.tracerpower.com/tracer-12v-12ah-lifepo4-battery.html). Данный аккумулятор состоит из цельного корпуса с клеммами для подключения и индикатора заряда, чехла, переходника с аккумулятора на 12-вольтовый разъем и зарядного устройства. Клеммы для подключения выполнены с возможностью подключения к аккумулятору только через переходник.
Также известен аккумулятор Х4 (http://www.aliantpower.ru/akkumulyatory/x-aytomobilnye-4/ligkie-litii-zhelezo-fosfatnye-akb-x4-2). Данный аккумулятор состоит из цельного корпуса с клеммами для подключения, клеммы выполнены под винтовое соединение.
Также известен аккумулятор RT-L50-48-LiFePo4 (http://radio-technika.ru/wp-content/uploads/2016/04/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D1%82-RT-L50-48.pdf). Данный аккумулятор состоит из цельного корпуса с клеммами для подключения, клеммы выполнены под винтовое соединение, встроенной схемы балансировки и защиты.
Также известен патент РФ №2296391 (МПК H01M 2/10) на изобретение «Батарейный блок и электронное устройство, в котором он используется», раскрывающий аккумулятор, состоящий из корпуса, выполненного в виде прямоугольной призмы, крышки и впрессованных в нее клемм, внутри корпуса расположен батарейный блок, состоящий из кожуха.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленной полезной модели является патент на полезную модель CN 204441414, в котором описан аккумуляторный модуль для транспортных средств, и он состоит из: короба, состоящего из корпуса и крышки; клеммы 1; клеммы 2; аккумулятор размещается внутри корпуса, который состоит из нескольких отсеков, заполненных электролитом. Между соседними отсеками имеется пространство для охлаждения. Каждый отсек имеет минимум две стенки. Аккумуляторные мономеры размещаются в отсеках корпуса. Каждый мономер состоит из полюсного листа, положительного и отрицательного полюсов. Для образования аккумулятора мономеры связываются в батарею последовательным либо параллельным электрическим соединением. Катод батареи электрически соединен с клеммой 1, а анод - с клеммой 2.
Недостатками этих аккумуляторов является конструктив, все указанные аккумуляторы выполнены в определенной конструкции (габаритные размеры, расположение клемм и метод подключения АКБ) для применения в конкретных областях. Отсутствует возможность применения в конструкции указанных аккумуляторов литий-железо-фосфатных батарей. Достаточно затруднена возможность применения данных аккумуляторов в источниках питания под батареи малых размеров, где, как правило, предусмотрено место для установки батарей внутри корпуса источника. Для установки батарей выделяется специальная ниша, размеры которой подобраны под стандартный форм-фактор свинцово-кислотных батарей. Батареи, описанные выше, просто не встанут в эти ниши и клеммы для подключения питания. Источник питания имеет свои клеммы для подключения батарей. Если он разработан под свинцово-кислотные батареи, то у него разъемы под ножевые клеммы свинцово-кислотных батарей. Для подключения батарей с другими типами клемм (под винт, например) придется подбирать другие типы соединителей. Для подключения батареи типа Tracer 12V 12Ah вообще потребуется подбирать специальный разъем.
Технический результат заключается в создании конструкции аккумуляторов с термической и химической стабильностью.
Сущность полезной модели состоит в том, что аккумулятор содержит цилиндрические литий-железо-фосфатные батареи, установленные в корпусе в виде прямоугольной призмы, и соединенные между собой по параллельно-последовательной схеме, при этом корпус и крышка аккумулятора выполнены из пластика, в крышку впрессованы клеммы в виде прямоугольных металлических пластин, внутри корпуса расположен батарейный блок, состоящий из кожуха, изготовленного из термоусаживаемого поливинилхлорида, батареи и плата защиты и балансировки изолированы от корпуса защитным кожухом, который фиксирует батарейный отсек. Кроме того, установлены литий-железо-фосфатные батареи емкостью 7 Ач. Также установлены литий-железо-фосфатные батареи емкостью 12 Ач. Вместе с тем, корпус выполнен габаритами от 151×65×95 мм до 170×90×80 мм.
Полезная модель поясняется графически, где:
на фиг. 1 - показан аккумулятор с приоткрытой крышкой;
на фиг. 2 - показана схема соединений батарей 7 Ач;
на фиг. 3 - показана схема соединений батарей 12 Ач.
Аккумулятор состоит из корпуса 1, выполненного в виде прямоугольной призмы, крышки 2, батарейного блока 3 и клемм 4. Корпус 1 и крышка 2 выполнены из пластика. Размеры собранного корпуса 1 для батареи 7 Ач составляют 151×65×95 мм. Размеры собранного корпуса 1 для батареи 12 Ач составляют 170×90×80 мм. Клеммы 4 представляют собой прямоугольные металлические пластины. Клеммы 4 впрессованы в крышку 2. Плюсовая клемма маркирована красным цветом на крышке 2. Батарейный блок 3 соединяется с клеммами проводами 5. Батарейный блок 3 состоит из по меньшей мере одной батареи 6 и платы защиты и балансировки 7. В качестве батарей 6 применяют LiFePo4 батарею. Батареи 6 представляют собой цилиндры с контактами, расположенными в торцевых частях. Батареи 6 соединены между собой по схеме 2P4S (2 параллельно, 4 последовательно) для батареи 7 Ач. Схематично это соединение показано на фиг. 2. Для батареи 12 Ач соединение по схеме 4P4S - 4 последовательно, 4 параллельно, всего 16 батарей - изображено на фиг. 3. Плата защиты и балансировки 7 предназначена для выравнивания емкости между батареями 6 (G1-G8 на фиг. 2), а также и защиты их от глубокого заряда и перезаряда. Также плата защиты и балансировки 7 обеспечивает стабильное напряжение при разряде. Батареи 6 и плата защиты и балансировки 7 изолированы от корпуса защитным кожухом 8. Защитный кожух 8 заполняет все пространство между батарейным отсеком 3 и корпусом 1. Защитный кожух 8 выполнен из термоусаживаемого поливинилхлорида. Защитный кожух 8 предназначен для фиксирования батарейного отсека внутри корпуса 1.
Работает аккумулятор следующим образом. Работа литий-железо-фосфатного аккумулятора полностью аналогична работе стандартного свинцово-кислотного аккумулятора. Они способны запасать электрическую энергию для того, чтобы впоследствии отдать ее потребителю. Клеммы 4 подключают к батареям 6 с соблюдением полярности. При наличии напряжения в сети, источник питания будет заряжать батареи 6. При пропадании питания сети, батареи 6 будут отдавать накопленную энергию нагрузке. Аккумулятор заряжают при температуре окружающей среды от 0 до +55°C. При помощи аккумулятора обеспечена возможность передачи энергии при температуре от -20 до +60°С. При этом влажность воздуха не должна превышать уровня 85% при температуре окружающей среды +25°С. Не допускается наличия в воздухе токопроводящей пыли и паров агрессивных веществ (кислот, щелочей и т.п.). Запрещается нахождение аккумуляторов вблизи открытого пламени и искрообразования.
Новый аккумулятор по сравнению с обычными свинцово-кислотными обеспечивает: высокий уровень удельной емкости, минимальный саморазряд (3% в месяц), большое количество циклов заряд/разряд (свыше 5000), стабильное напряжение при разряде, встроенная система контроля и управления (СКУ, BMS), защита от глубокого разряда и перезаряда, балансировка внутренних элементов, термическая и химическая стабильность, температурный диапазон при разряде от -20 до +60°С, срок службы до 10 лет. Конструктивно изделия являются полным аналогом свинцово-кислотных аккумуляторов (на данный момент есть модели типоразмеров 12 А*ч и 7 А*ч). Они имеют такие же габаритные размеры и такие же клеммы для подключения. Это позволяет в любом изделии, в котором предусмотрено использование свинцово-кислотных аккумуляторов, заменить аккумулятор без каких-либо изменений в конструкции и получить все вышеописанные плюсы от использования LiFePo4 аккумуляторов.