БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрохимическим конденсаторам и батареям на их основе, предназначенным для электротранспортной техники.
Известен модуль электрохимических конденсаторов (ЭХК) (Патент RU №96444, опубликован 27.07.2010, МПК H01G 9/04), 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 поджатия 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 данного технического решения является невозможность выполнения данной конструкции в случае повышенной мощности батареи.
Известна батарея электрохимических конденсаторов (RU №2308111 опубликован 10.12.2005 МПК H01G 9/00, принята за прототип), 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 прототипа является невозможность выполнения данной конструкции в случае повышенной мощности батареи, а также отсутствие возможностей контроля и диагностики отдельных элементов батареи.
Проблемой разработки батарей электрохимических конденсаторов является разработка такой компоновки единичных элементов батареи, которая обеспечивала бы безотказную работу батареи электрохимических конденсаторов в режиме пиковой мощности.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение надежности батареи в режимах пиковой мощности.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемой конструкцией батареи электрохимических конденсаторов. Батарея электрохимических конденсаторов включает корпус батареи с электрически соединенными электрохимическими конденсаторами, скрепленными обечайкой и пружиной, выполненными призматическими, из полимерного материала, расположенными в один или несколько рядов, причем корпус батареи содержит боковые ребра, выполненные из швеллеров, по боковым поверхностям боковые ребра соединены металлическими полосами, по торцевым поверхностям боковые ребра соединены швеллерами болтовыми соединениями в нижней и верхней их частях, корпус снабжен верхней и нижней полками и верхней крышкой, на швеллере верхней части боковой поверхности закреплен блок из двух терминалов в виде пластин из диэлектрического материала с металлическими пластинами и контактными болтами, на которых закреплены клеммы кабелей коммутации электрохимических конденсаторов, электрохимические конденсаторы расположены на верхней и нижней полках корпуса из диэлектрического материала и скоммутированы в шесть параллельных цепей, каждая из которых состоит из сорока последовательно соединенных электрохимических конденсаторов.
Выполнение корпуса батареи с боковыми ребрами из швеллера увеличивает устойчивость конструкции к вибрациям и инерционным нагрузкам горизонтального направления, а также служит быстрому и эффективному отводу тепла, выделяющегося в процессе работы батареи, чем предотвращается выход из строя в результате перегрева и механического разрушения. Болтовое соединение швеллеров торцевых граней позволяет регулировать устройство поджатия конденсаторов батареи, чем предотвращается выход из строя батареи вследствие изменения поджатия электродов. Верхняя крышка корпуса предохраняет конденсаторы верхней полки от короткого замыкания за счет внешнего воздействия, приводящего к разрушению батареи от превышения разрядных токов. Расположение конденсаторов на двух полках корпуса обеспечивает близкие размеры батареи по длине, ширине и высоте, что также увеличивает ее механическую устойчивость, улучшает теплоотвод и не создает необходимость использования коммутационных элементов большой длины, создающих риск короткого замыкания. Зазоры в боковых стенках корпуса улучшают вентиляцию внутреннего пространства батареи, что также способствует естественному отводу тепла. Выполнение полок из диэлектрического материала предотвращает их коррозию при возможном попадании на полку небольших количеств электролита, а также снижает риск короткого замыкания при случайном касании перемычек конденсаторов нижней полки дна верхней полки. Коммутация конденсаторов в шесть параллельных цепей по сорок последовательно соединенных конденсаторов обеспечивает максимальный ток батареи 150-200 А при напряжении 30-60 В, чем обеспечивается режим пиковой мощности. Вывод коммутации параллельных цепей на два внешних терминала повышает устойчивость коммутации к перегреву и случайному попаданию капель электролита. При необходимости выводы концевых элементов параллельных цепей могут быть отсоединены от терминала и проверены и/или заряжены в случае разбалансировки батареи по емкости, что повышает срок службы батареи. Соединение электрохимических конденсаторов батареи с помощью обечайки и пружины фиксирует положение конденсаторов и исключает риск разрыва соединительных борнов при возможном увеличении объема корпусов при заряде за счет газовыделения.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели позволяет достичь заявленного технического результата, повышение надежности работы батареи.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид спереди батареи электрохимических конденсаторов.
На фиг. 2 показан вид сбоку батареи электрохимических конденсаторов.
На фиг. 3 показана электрическая схема батареи электрохимических конденсаторов.
На фиг. 4 показан вид сверху батареи электрохимических конденсаторов
1 - электрохимический конденсатор
2 - обечайка
3 - боковые ребра корпуса
4 - пружина
5 - коммутационная перемычка
6 - терминалы в виде пластин из диэлектрического материала
7 - швеллер нижней части торцевой грани
8 - верхняя полка корпуса
9 - верхняя крышка корпуса
10 - контактные болты
11 - металлические пластины
12 - перегородка
13 - швеллер верхней части торцевой грани
14 - нижняя полка корпуса
15 - металлические полосы
16 - блок из двух терминалов
17 - кабели коммутации электрохимических конденсаторов
18 - цепь электрохимических конденсаторов
19 - болтовые соединения швеллеров торцевых граней 13 с боковыми ребрами 3
Батарея электрохимических конденсаторов включает корпус батареи, содержащий боковые ребра 3, выполненные из швеллеров, по боковым поверхностям боковые ребра соединены металлическими полосами, по торцевым поверхностям боковые ребра соединены в верхней части торцевой грани швеллерами 13, а в нижней части торцевой грани швеллерами 7 с помощью болтовых соединений 19, корпус снабжен верхней 8 и нижней 14 полками, верхний и нижний ярус батареи закрыты крышкой 9 и перегородкой 12, на швеллере верхней части боковой грани 13 закреплен блок 16 из двух терминалов в виде пластин из диэлектрического материала 6 с металлическими пластинами 11 и контактными болтами 10, на которых закреплены клеммы кабелей коммутации 17 электрохимических конденсаторов 1, электрохимические конденсаторы 1 расположены на верхней 8 и нижней 14 полках корпуса из диэлектрического материала и скоммутированы в шесть параллельных цепей 18, каждая из которых состоит из сорока последовательно соединенных электрохимических конденсаторов 1.
Батарея электрохимических конденсаторов работает следующим образом. Электрохимические конденсаторы 1 помещают на полки корпуса 8 и 14, устанавливают на них пружины 4 и обечайку 2, укрепляют соединение затягиванием болтов швеллеров 7 и 13, устанавливают коммутационные перемычки 5, связывающие последовательно соединенные конденсаторы 1, соединяют крайние точки последовательных цепей с положительным и отрицательным токовыводом терминалов 6 с помощью коммутационного кабеля, устанавливают верхнюю крышку корпуса 9 и собранную батарею устанавливают в посадочное место транспортного средства. Положительный и отрицательный токовыводы батареи подключают к клеммам зарядного устройства и проводят заряд в течение 5-6 мин током 100-150 А. Зарядное устройство отключают и подключают клеммы потребителя. Если обнаруживается, что напряжение батареи не соответствует диапазону рабочих напряжений 30-60 В, производят проверку параллельных цепей, отключая их от терминалов 6 путем их заряда. Если в процессе заряда из корпусов конденсаторов 1 начинают выделяться капли электролита, они не попадают на терминалы 6, которые вынесены за пределы внутреннего объема батареи. При нагреве конденсаторов батареи 1 в процессе заряда или разряда выделяющееся тепло рассеивается швеллерами боковых ребер 3, а также через зазоры между металлическими полосами 11. Горизонтальные смещения конденсаторов исключаются швеллерами торцевой части 7 и 13, обечайкой 2 и пружиной 4. Эти же элементы исключают разрыв коммутационных перемычек 5 вследствие возможного увеличения объема конденсаторов 1.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели позволяет достичь заявленного технического результата, повышение надежности работы батареи. Заявленный технический результат позволяет решить проблему разработки батарей электрохимических конденсаторов обеспечивающих безотказную работу батареи электрохимических конденсаторов в режиме пиковой мощности.