БАЙПАСНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Изобретение относится к электротехнике и касается байпасных переключателей в аккумуляторных батареях для космического аппарата. Большинство аккумуляторных батарей состоит из последовательно соединенных аккумуляторов. Для парирования отказа аккумулятора и во избежание риска для остальной части батареи, обязательным условиям является исключение отказавшего аккумулятора из последовательной цепи. Поэтому в батареях, используемых в космосе, применяются байпасные системы. Особенно актуальным это является для литий-ионных аккумуляторных батарей т.к. зона работоспособности литий-ионного аккумулятора находится в узком диапазоне напряжений, и выход за пределы этой зоны может привести к необратимым последствиям - выходу из строя аккумуляторной батареи.
В процессе эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей в составе системы электропитания космических аппаратов для повышения надежности и живучести необходимо предусматривать исключение из последовательной цепи вышедшего из строя аккумулятора. При этом не допускается даже кратковременный разрыв общей цепи. Для исключения аккумулятора из последовательной цепи применяются байпасные переключатели. Электрическая схема и временная диаграмма работы такого переключателя приведена на фиг.1, где К1 - нормальнозамкнутые контакты, К2 - нормальноразомкнутые контакты.
Основные требования, которые предъявляются к байпасному переключателю для литий-ионной аккумуляторной батареи для космического аппарата - это надежность и безотказность, минимальные энергетические потери, минимальная масса, и сохранение неразрывности цепи аккумуляторной батареи при переключении.
Известен термочувствительный переключатель (патент РФ №2163405 опубликован 20.02.2001), содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты и термочувствительный элемент, выполненный из фольгового ленточного материала с эффектом памяти формы принятый за аналог.
Признаки, общие предлагаемого байпасного устройства и аналога следующие:
- корпус;
- неподвижный и подвижный контакт.
Недостатком вышеуказанного термочувствительного переключателя является сложность конструкции и недостаточная надежность.
Наиболее близким к предлагаемому устройству, принятым за прототип, является байпасный переключатель (Batteries and Bypass Switch: Saft Heritage and Standard Search D. Prevot, A.F. Castric & E. Pasquier 5.2.1 8th European Space Power Conference r 2008), приводимый в действие плавким предохранителем и состоящий из корпуса, в котором расположены неподвижные и подвижные контакты, которые обеспечивают неразрывность цепи при срабатывании.
Недостатком вышеуказанного переключателя является недостаточная надежность и безотказность, обусловленная тем, что переключатель является устройством одноразового действия (приводимый в действие плавким предохранителем) и его невозможно проверить на срабатывание перед использованием по назначению.
Признаки, общие предлагаемого байпасного устройства и прототипа следующие:
- корпус;
- исполнительный механизм с рабочей пружиной;
- неподвижный и подвижный контакты, обеспечивающие неразрывность цепи при срабатывании.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом байпасном переключателе, заключается в повышении надежности и безотказности посредством возможности проверки на срабатывание перед использованием по назначению.
Достигается это тем, что в байпасном переключателе, состоящем из корпуса, с расположенными в нем исполнительным механизмом с рабочей пружиной, подвижным контактом и неподвижными контактами, введены фиксатор с силоприводом, выполненным на основе пружины, удерживаемой в сжатом состоянии легкоплавким сплавом и электронагревательный элемент.
Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемого байпасного переключателя критерию «новизна» следующие:
- введен фиксатор с силоприводом, выполненным на основе пружины, удерживаемой в сжатом состоянии легкоплавким сплавом;
- введен электронагревательный элемент.
Для обоснования соответствия предлагаемой конструкции байпасного переключателя критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных решений по литературным источникам. Отличительных признаков заявляемого решения в литературных источниках не обнаружено, поэтому, по мнению авторов, предлагаемая конструкция байпасного переключателя соответствует критерию «изобретательский уровень».
Конструкция предлагаемого байпасного переключателя изображена на фиг.2.
Предлагаемый байпасный переключатель (фиг.2) состоит из корпуса 1 с расположенными в нем рабочей пружины 2, исполнительного механизма 3 с подвижным контактом 4, неподвижными контактами 5, фиксатора 6 с силоприводом 7 и электронагревательного элемента 8.
Пример конкретного выполнения предлагаемого байпасного переключателя.
Байпасный переключатель устанавливается параллельно каждому литий-ионному аккумулятору в аккумуляторной батарее как показано на фиг.1. При выходе из строя одного из аккумуляторов производится активация соответствующего байпасного переключателя.
При активации байпасного переключателя на электронагревательный элемент 8 подается ток, он расплавляет легкоплавкий сплав и освобождает пружину силопривода 7. Под действием пружины силопривод 7 перемещает фиксатор 6 и освобождает путь движению исполнительного механизма 3 с подвижным контактом 4 под действием рабочей пружины 2. Подвижный контакт 4 вначале замыкает нормальноразомкнутые контакты, а затем размыкает нормальнозамкнутые контакты. При этом общая цепь соединения аккумуляторов не разрывается в процессе переключения, а промежуток времени от момента замыкания нормальноразомкнутых контактов до размыкания нормальнозамкнутых контактов определяется длиной подвижного контакта 4 и скоростью перемещения.
Для повышения надежности и безотказности производится проверка байпасного переключателя на срабатывание перед использованием по назначению. Для приведения байпасного переключателя после активации в рабочее состояние на электронагревательный элемент 8 подается ток, он расплавляет легкоплавкий сплав, после чего перемещают исполнительный механизм 3 с подвижным контактом 4 в первоначальное положение, а пружину силопривода 7 сжимают перемещением фиксатора 6; прекращают подачу тока на электронагревательный элемент 8 и удерживают фиксатор 6 до отвердения легкоплавкого сплава. В таком состоянии байпасный переключатель вновь готов к активации.