БЛОК ПЕРЕЗАРЯЖАЕМЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ ПЛАВСРЕДСТВА
BLOCK OF RECHARGEABLE BATTERIES FOR WATERCRAFT

Изобретение относится к блоку перезаряжаемых батарей для плавсредства, имеющему множество перезаряжаемых батарей, которые соединены друг с другом при помощи блока держателей с образованием при этом секции перезаряжаемых батарей и которые электрически соединены друг с другом при помощи соединителей полюсов.
В DE 10 2004049615 В4 раскрыто плавсредство, в котором формируется проточный канал в корпусе плавсредства и в котором размещен электродвигатель. Электродвигатель приводит в движение гребной винт при помощи приводного вала. Гребной винт прогоняет воду через водозаборное отверстие в проточном канале, ускоряет эту воду, выбрасывает эту воду назад в задней части корпуса, формируя при этом реактивное движение. Питание на электродвигатель подается от блока перезаряжаемых батарей. Корпус плавсредства выполнен таким образом, что пользователь может опираться на него, по меньшей мере, частично, верхней частью своего тела. Плавсредство такого типа подходит как для передвижения по поверхности воды, так и под водой и, соответственно, может быть использовано в качестве слэда для дайвинга.
В DE 10 2005001817 В4 раскрыта система электронного управления, при помощи которой можно управлять электрическими компонентами плавсредства через магистральную шину. В частности, блок перезаряжаемых батарей также соединяется с этой магистральной шиной.
На плавсредстве такого типа из-за ограниченного пространства в корпусе необходимо использовать компоненты как можно меньшего размера. Кроме того, такие агрегаты должны соответственно иметь малый собственный вес, что будет облегчать транспортирование такого плавсредства вне воды. Чтобы двигатель мог выдавать высокие значения мощности, блоки перезаряжаемых батарей должны обеспечивать высокую удельную энергию при достаточно высоком электрическом напряжении и занимать как можно меньше пространства для установки.
Целью изобретения является предоставление блока перезаряжаемых батарей такого типа, который упоминается во вводной части и который позволяет осуществлять компактное размещение и взаимное соединение множества отдельных перезаряжаемых батарей.
Эта цель достигается при помощи блока перезаряжаемых батарей, как это заявлено в пункте 1 формулы изобретения.
Согласно изобретению блок перезаряжаемых батарей имеет множество перезаряжаемых батарей, которые соединены друг с другом при помощи блока держателей, образуя при этом секцию перезаряжаемых батарей, и которые электрически соединены друг с другом при помощи соединителей полюсов. Блок держателей имеет по меньшей мере один держатель, который образует гнезда, при помощи которых перезаряжаемые батареи удерживаются в области полюсного конца.
Перезаряжаемые батареи могут быть объединены в компактном виде в блоке держателей и образовывать секцию перезаряжаемых батарей, с которой можно работать стандартными приемами. Указанная секция перезаряжаемых батарей может быть объединена с дополнительными, в частности с физически идентичными, секциями перезаряжаемых батарей, при этом удельная энергия и/или напряжение, выдаваемые блоком секций, могут варьироваться в зависимости от способа, которым перезаряжаемые батареи соединены между собой.
Кроме того, реализация компоновки согласно изобретению обеспечивает возможность варьирования удельной энергии посредством установки гнезд держателей различными способами.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения можно сделать так, что по меньшей мере две группы перезаряжаемых батарей выполнены в одной секции перезаряжаемых батарей, при этом каждую из указанных групп соединяют с другой группой параллельно при помощи соединителей полюсов.
Согласно изобретению блок перезаряжаемых батарей чрезвычайно выгодно характеризуется тем, что блок держателей имеет два держателя, при этом каждый из них посредством своих гнезд принимает полюса противоположной полярности отдельных перезаряжаемых батарей. Таким образом, полюса объединяются в области держателей, и становится возможным простое взаимное электрическое соединение полюсов отдельных перезаряжаемых батарей.
Особенно простая конструкция реализуется тогда, когда гнезда выполняются в виде стыковочных гнезд, в которые вставляются концы цилиндрических корпусов перезаряжаемых батарей. В этом случае, в частности, можно также устанавливать стандартные перезаряжаемые батареи, которые можно приобрести по низкой цене.
В соответствии с одним из возможных улучшений изобретения можно выполнить держатель с выемками или каналами, которые обеспечивают доступ к полюсам перезаряжаемых батарей.
Как было указано выше, две или более секции перезаряжаемых батарей могут быть расположены соосно относительно друг друга и электрически соединены друг с другом. В этом случае предпочтительным оказался вариант, когда держатель был снабжен центровочными элементами, при помощи которых два держателя, которые расположены напротив друг друга, двух секций перезаряжаемых батарей, расположенных соосно относительно друг друга, в частности зафиксированы по отношению друг к другу в одном направлении, взаимно блокируя друг друга. Таким образом, отдельные секции перезаряжаемых батарей могут соединяться друг с другом с обеспечением надежного и жесткого позиционирования.
В случае реализации множества секций перезаряжаемых батарей, которые расположены соосно относительно друг друга, соседние секции перезаряжаемых батарей могут электрически соединяться друг с другом простым способом при помощи соединителей полюсов с контактами, выведенными из области, в которой две секции перезаряжаемых батарей расположены соосно относительно друг друга. При этом контакты могут взаимно фиксироваться относительно друг друга по бокам при помощи соответствующих электрических соединителей.
В особенно предпочтительном случае группы перезаряжаемых батарей одной секции перезаряжаемых батарей электрически последовательно соединены с группами перезаряжаемых батарей второй расположенной соосно секции перезаряжаемых батарей. В результате напряжение может увеличиваться каскадным способом.
В случае, когда полюса, по меньшей мере, некоторых перезаряжаемых батарей расположены в одной соединительной плоскости, для электрического соединения полюсов можно использовать простой компонент.
Особенно предпочтительным усовершенствованным вариантом реализации изобретения будет вариант, при котором две или более секции перезаряжаемых батарей, расположенных соосно относительно друг друга, вставляются в отрезок трубы, и такой отрезок трубы закрывается на концах при помощи заглушки и крышки. Секции перезаряжаемых батарей размещены надежным образом и защищены от механических повреждений в отрезке трубы. Кроме того, конструкцию такого типа можно герметизировать простым способом. Для этого необходимо герметизировать крышку с одного конца отрезка трубы, а заглушку необходимо герметизировать с другого конца при помощи соответствующих уплотнений, в частности, на участке стенки отрезка трубы.
Особо предпочтительным является использование в качестве отрезка трубы цилиндрической трубы, в этом случае можно использовать кольцевые уплотнения, которые обеспечивают высокий уровень герметизации. Использование отрезка трубы обеспечивает высокую степень стабилизации давления, и, следовательно, такая конструкция является особенно подходящей для использования на плавсредстве.
В случае, когда заглушка и крышка соединяются друг с другом при помощи стяжного элемента, проходящего внутри отрезка трубы, блок перезаряжаемых батарей такого типа приобретает простую конструкцию. Такая конструкция, кроме того, обеспечивает простое обслуживание. Для этого необходимо только отпустить стяжной элемент. Крышку или заглушку затем можно снять, и секции перезаряжаемых батарей могут быть извлечены из отрезка трубы.
Когда блок перезаряжаемых батарей реализован таким образом, что крышка имеет два вывода полюсов, которые доступны снаружи, а ряд секций перезаряжаемых батарей образует положительный и отрицательный полюс в области крышки, при этом указанные положительный и отрицательный полюс электрически соединены с выводами полюсов, при этом получается низкий уровень сложности прокладки проводов внутри блока перезаряжаемых батарей, и можно обеспечить контакт с внешней стороной блока перезаряжаемых батарей простым способом в области одного конца блока перезаряжаемых батарей.
В случае, когда крышка образует вмещающий отсек, в которой размещается управляющая цепь для секций перезаряжаемых батарей, получается полностью функциональный блок перезаряжаемых батарей. Управляющая цепь размещается в защищенной области между отрезком трубы и крышкой. Управляющая цепь в таком случае защищена, в частности, от механических напряжений.
Ниже настоящее изобретение объясняется подробнее со ссылкой на примерный вариант осуществления, который изображен на графических материалах, на которых:
на фиг. 1 показано объемное изображение с пространственным разделением деталей секции перезаряжаемых батарей,
на фиг. 2 показано частично объемное изображение с пространственным разделением деталей для ряда секций перезаряжаемых батарей,
на фиг. 3 показан ряд секций перезаряжаемых батарей согласно фиг. 2 в собранном виде,
на фиг. 4 показано схематическое изображение вида сбоку ряда секций перезаряжаемых батарей в соответствии с фиг. 2 и 3, и
на фиг. 5 показан вид сбоку в разрезе блока перезаряжаемых батарей.
На фиг. 1 показана секция Z перезаряжаемых батарей, которая имеет множество перезаряжаемых батарей 10. Перезаряжаемые батареи 10 имеют цилиндрическую оболочку и образуют положительный полюс 11 и отрицательный полюс 12 на своих противоположных продольных концах. Как показано на фиг. 1, перезаряжаемые батареи 10 расположены таким образом, что формируются две группы перезаряжаемых батарей 10, при этом девять перезаряжаемых батарей ориентируются своим положительным полюсом 11 влево, а отрицательным полюсом - вправо. Все остальные девять перезаряжаемых батарей 10 расположены так, что они повернуты на 180° по отношению к первой группе перезаряжаемых батарей 10. Соответственно их отрицательный полюс 12 находится на левой стороне, а их положительный полюс 11 - на правой стороне. Секция Z перезаряжаемых батарей содержит два держателя 20, которые с целью уменьшения расходов на детали имеют идентичную конструкцию. Каждый держатель 20 имеет две гнездовые конструкции 21 и 22, каждая из которых формирует множество гнезд 21.1 и 22.1. В этом случае гнезда 21.1 и 22.1 размещаются в концентрических кольцах держателя 20. Каждое кольцо гнезд 21.1 и 22.1 образует гнездовую конструкцию 21, 22. Гнезда 21.1, 22.1 выполнены в виде щелей, при этом внутренние стенки щелей сформированы так, чтобы они соответствовали внешнему контуру перезаряжаемых батарей 10. В силу этого, перезаряжаемые батареи 10 могут вставляться в гнезда 21.1, 22.1 посредством их концов со стороны полюсов. Перемещение при вставке ограничивается при помощи упоров, выполненных как одно целое. В настоящем примерном варианте осуществления упоры образованы проставками 23. В собранном виде полюсные концы перезаряжаемых батарей 10 опираются на общую единообразно расположенную соединительную плоскость. После того как перезаряжаемые батареи 10 вставлены в гнезда 21.1, 22.1 противоположных держателей, вставляются электропроводящие соединители 30 полюсов вместе с держателями 20. Соединители 30 полюсов, которые выполнены в виде электропроводящих металлических пластин, образуют соединительную секцию 31, которая снабжена контактными площадками 32 для осуществления контакта с полюсами 11, 12 перезаряжаемых батарей 10. Соединители 30 полюсов образуются согнутыми по сторонам контактами 33, при этом указанные согнутые контакты выполнены в виде лепестков. Соединители 30 полюсов можно устанавливать снаружи держателя 20. В этом случае проставки 23 проходят через щели 34 в соединителях 30 полюсов таким образом, что указанные соединители полюсов можно легко расположить соосно. Контакты 33 выступают в боковые контактные гнезда 27 в держателях 20. Для того чтобы соединить соединители 30 полюсов с перезаряжаемыми батареями 10, в области контактных площадок 32 выполнены сварные соединения, которые устанавливают электропроводную связь между полюсами 11, 12 и соединителем 30 полюсов. Во всех случаях для каждой группы перезаряжаемых батарей 10 предусматриваются два соединителя 30 полюсов, при этом соединители 30 полюсов образуют положительные полюсы 11 и, соответственно, отрицательные полюсы 12 группы перезаряжаемых батарей.
На фиг. 1 показана полностью заполненная секция Z перезаряжаемых батарей, то есть все гнезда 21.1, 22.1 заняты перезаряжаемыми батареями 10. Если необходимо изменить величину удельной энергии, указанную секцию перезаряжаемых батарей можно заполнить частично. Например, перезаряжаемые батареи 10 гнездовой конструкции 22, которые формируют внутреннее кольцо, можно удалить.
Как показано на фиг. 2, множество физически идентичных секций Z перезаряжаемых батарей могут быть расположены соосно каскадным способом. Для этого держатели 20 снабжены центровочными элементами 24, 25. В настоящем примерном варианте осуществления центровочные элементы 24, 25 выполнены в виде отверстия (центровочный элемент 24) и в виде штырька (центровочный элемент 25). При этом геометрия штырька совпадает с контуром отверстия. Таким образом, центровочные элементы 24, 25 физически идентичных держателей 20 соседних секций Z перезаряжаемых батарей сцепляются друг с другом и с большой точностью располагают соосно секции перезаряжаемых батарей относительно друг друга. Кроме того, центровочные элементы 24, 25 формируют соединение с взаимной блокировкой от кругового перемещения, и поэтому секции перезаряжаемых батарей не могут вращаться относительно друг друга.
На фиг. 3 представлено изображение шести секций Z перезаряжаемых батарей в собранном виде с целью формирования компактного физического блока.
На фиг. 4 показано распределение полюсов отдельных секций Z перезаряжаемых батарей по отношению друг к другу. Как показано на указанном изображении, размещение первой группы перезаряжаемых батарей (девять перезаряжаемых батарей) в верхней секции Z перезаряжаемых батарей выбрано таким образом, что отрицательный полюс 12 расположен в верхней части, а положительный полюс 11 расположен в нижней части. Правая группа перезаряжаемых батарей 10 верхней секции Z перезаряжаемых батарей размещена таким образом, что положительные полюсы 11 расположены в верхней части, а отрицательные полюсы 12 расположены в нижней части. Конструкция полюса секции Z перезаряжаемых батарей, которая примыкает к верхней секции Z перезаряжаемых батарей, повернута в противоположном направлении по отношению к конструкции полюса секции перезаряжаемых батарей, расположенной над ней. Последующие секции перезаряжаемых батарей соединяются друг с другом подобным образом, как это показано обозначениями положительных и отрицательных полюсов на фиг. 4.
Нижняя секция перезаряжаемых батарей образует положительный полюс на левой стороне и отрицательный полюс на правой стороне в нижней части. При этом предусматривается специальный соединитель полюсов, который соединяет все полюсы (положительные полюсы 11 и отрицательные полюсы 12) секции Z перезаряжаемых батарей друг с другом. Таким образом, достигается протекание тока в нумерационном порядке от 1 до 12, показанном на фиг. 4. Соответственно в каждой секции Z перезаряжаемых батарей используются две группы перезаряжаемых батарей 10, которые соединены параллельно, при этом указанные группы обеспечивают высокую удельную энергию. Благодаря объединению конструкций полюсов отдельных секций Z перезаряжаемых батарей, электрическое напряжение перезаряжаемой батареи 10 возрастает в двенадцать раз в результате каскадного последовательного соединения. Это каскадное соединение соответственно позволяет обеспечить малую установочную высоту для блока перезаряжаемых батарей. Особенно предпочтительным является установка четного количества секций Z перезаряжаемых батарей. Положительный полюс и отрицательный полюс комбинации секций перезаряжаемых батарей при этом расположены на одной стороне блока, как это символически показано положительным полюсом и отрицательным полюсом в верхней части рисунка 4. При этом соответственно формируется однородный соединительный участок.
Конструкция, показанная на фиг. 3, может вставляться в отрезок трубы, как это изображено на фиг. 5. В этом случае отрезок 40 трубы предпочтительно выполнен в виде тонкостенной цилиндрической трубы. После того как секции Z перезаряжаемых батарей будут вставлены в отрезок 40 трубы, указанный отрезок трубы можно закрыть заглушкой 50 и крышкой 70. Заглушка 50 имеет нижнюю часть 53, которая имеет стыковочную головку 52, образованную на ней как одно целое. В этом случае внешний контур стыковочной головки 52 выполнен так, чтобы он соответствовал внутреннему контуру отрезка 40 трубы. Стыковочная головка 52 снабжена кольцевой канавкой 51, в которую может вставляться кольцевое уплотнение подобной формы, и желательно, чтобы это было уплотнительное кольцо круглого сечения. При вставленной заглушке такое уплотнение опирается на внутреннюю стенку отрезка 40 трубы, создавая уплотняющий эффект. Нижняя часть 53 снабжена гнездом в центре, что делает возможной фиксацию резьбовой детали 54 в указанном гнезде с эффектом уплотнения. Резьбовая деталь 54 может быть привинчена к стяжному элементу 60, который, желательно, выполнен в виде стяжного стержня. В данном случае стяжной элемент 60 выполнен в виде стержня с резьбой. Как показано на фиг. 5, центральные каналы 28 держателей 20 расположены соосно относительно друг друга, и через эти каналы проходит стяжной элемент 60. Стяжной элемент 60 соединяется с крышкой 70 с того конца, который отведен в сторону от заглушки 50. Крышка 70, в свою очередь, имеет нижнюю часть 78, которая имеет стыковочную головку, образованную на ней как одно целое. Внешний контур стыковочной головки 71 сконструирован так, чтобы соответствовать внутреннему контуру отрезка 40 трубы. Стыковочная головка 71, в свою очередь, снабжена канавкой 72, в которую может вставляться кольцевое уплотнение. Уплотнение 72 опирается на внутреннюю стенку отрезка 40 трубы с уплотняющим эффектом. Как показано далее на фиг. 5, стыковочная головка 71 окружает вмещающий отсек 77. Управляющая цепь 76 размещается в этом вмещающем отсеке 77. Данная управляющая цепь 76 служит для управления объединением секций Z перезаряжаемых батарей. Стыковочная головка 71 соединяется с фиксатором 79 с того конца, который отведен в сторону от нижней части 78. Предпочтительно фиксатор 79 объединен со стыковочной головкой 71. Фиксатор 79 образует резьбовое гнездо 79 в центре, при этом стяжной элемент 60 ввинчивается в указанное резьбовое гнездо. Заглушка 50 и крышка 70 могут быть соответственно зафиксированы относительно друг  друга путем затягивания резьбовой детали 54. В этом случае стягивающее усилие передается при помощи стяжного элемента 60. Когда резьбовая деталь 54 затянута, как заглушка 50, так и крышка 70 постоянно втягиваются в отрезок 40 трубы посредством своих стыковочных головок 52 и 71. В этом случае перемещение при вставке ограничивается при помощи упоров, образованных на переходном участке между стыковочными головками 52, 71 и нижними частями 53, 78. В собранном виде стыковочная головка 52 заглушки 50 опирается на конец соответствующей секции Z перезаряжаемых батарей. На противоположной стороне фиксатор 79 крышки 70 предотвращает продольное смещение соответствующей секции Z перезаряжаемых батарей. Таким образом, ряд секций перезаряжаемых батарей надежно размещается в отрезке 40 трубы. Два крайних полюса секций Z перезаряжаемых батарей с правой стороны, сформированные соединителями 30 полюсов, соединяются с выводами полюсов 73 и 74 при помощи электропроводных элементов. Соответственно можно обеспечить контакт с внешней стороной блока перезаряжаемых батарей, который показан на фиг. 5. Кроме того, блок перезаряжаемых батарей имеет диагностический контакт 75, который соединяется с управляющей цепью 76. Блок перезаряжаемых батарей предпочтительно соединять с цепью оценивания при помощи магистральной шины через диагностический контакт 75, чтобы была возможность осуществлять непрерывный контроль рабочего состояния.
С целью обеспечения электрической изоляции держатели 20 выполнены из пластмассы. В настоящем примерном варианте осуществления держатели 20 выполнены в виде пластмассовых деталей, полученных методом литья под давлением. Как показано на фиг. 1, указанные держатели имеют боковые стяжные элементы 26, которые при вставке секции Z перезаряжаемых батарей в отрезок 40 трубы опираются на внутреннюю стенку отрезка 40 трубы со стягивающим эффектом, и, таким образом, обеспечивают фиксацию без бокового люфта.
Отдельные секции Z перезаряжаемых батарей ряда секций перезаряжаемых батарей электрически соединены друг с другом при помощи соответствующих соединительных элементов. В этом случае прилегающие контакты, которые фиксируются сбоку в контактных гнездах 27 держателей секций перезаряжаемых батарей, расположенных соосно друг с другом, электрически соединяются друг с другом. Например, могут быть предусмотрены кабельные соединения. Присоединение предпочтительно реализовывать при помощи жестких электропроводных соединителей, например, при помощи металлических пластин, приваренных к контактам 33 (посредством контактов 33). Таким образом, секции Z перезаряжаемых батарей фиксируются в продольном направлении.