CZ23786U1 - Startovací automobilová baterie - Google Patents
Startovací automobilová baterie Download PDFInfo
- Publication number
- CZ23786U1 CZ23786U1 CZ201225544U CZ201225544U CZ23786U1 CZ 23786 U1 CZ23786 U1 CZ 23786U1 CZ 201225544 U CZ201225544 U CZ 201225544U CZ 201225544 U CZ201225544 U CZ 201225544U CZ 23786 U1 CZ23786 U1 CZ 23786U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cells
- battery
- ion
- nimh
- pol
- Prior art date
Links
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229910005813 NiMH Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 13
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Nickel Metal Hydride Chemical class 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 2
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical class [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N oxo(oxocobaltiooxy)cobalt Chemical compound O=[Co]O[Co]=O UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M dilithium;hydroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-] XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- VUFYPLUHTVSSGR-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)nickel Chemical compound O[Ni]=O VUFYPLUHTVSSGR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000483 nickel oxide hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
Startovací automobilová baterie
Oblast techniky
Technické řešení se týká nového typu startovacích akumulátorových baterií s využitím pro spouštění spalovacích zážehových i vznětových motorů a baterií pro všechny typy motorových s vozidel.
Dosavadní stav techniky
Všechny známé typy spouštěcích baterií pro spalovací motory a motorová vozidla (dále jen autobaterie) jsou založeny na elektrochemické reakci sekundárního olověno-kyselinového článku (dále jen olověná baterie). Všechny typy olověných autobaterií obsahují olovo jako elektrody io a roztok kyseliny sírové H2SO4 jako elektrolyt a při vybíjení a nabíjení dochází ke známému chemickému procesu. Tyto různé typy olověných autobaterií se liší pouze konstrukcí článků (tvarem a způsobem výroby elektrod, tvaru článků, odplyňovacích kanálů a ventilů atp.), materiálem olověných past snižujících spotřebu olova při výrobě, separátorů, přísad elektrolytu atp. Žádný z dnes známých typů není plně hermeticky uzavřen, při provozu vždy dochází k částečnému uvolňování látek obsažených v baterii do okolního prostředí. U nejmodemějších typů tzv, AGM a gelových olověných baterií k tomuto jevu může dojít při přebíjení baterie. Všechny dnes známé typy obsahují toxické (olovo Pb) a nebezpečné (roztok kyseliny sírové H2SO4) látky ve smyslu směrnice 2002/95/EC ROHS. Dnes známé typy olověných autobaterií mají zaručenou provozní teplotu v rozsahu -18 až 40 °C.
Současné NiMH, Li-Ion a Li-Pol články nejsou schopné dodávat dostatečně vysoké proudy a nejsou schopny účinně dodávat či přijímat energii pří teplotách pod -20 °C.
Niklkadmiové akumulátory (NiCd)
Kladnou elektrodou je nikl, zápornou kadmium a elektrolytem hydroxid draselný vázaný v separátoru a elektrodách. Jsou oblíbeny díky příznivým vlastnostem jako je poměr hmotnosti ke kapacitě, jsou vhodné i pro velká proudová zatížení - mají menší vnitřní odpor, poskytnou větší proud, lze je rychle nabíjet a jsou odolnější vůči nevhodnému zacházení (přebití, nebo hluboké vybití), fungují i v extrémních klimatických podmínkách (do -40 °C). Lze je skladovat ve vybitém stavu bez újmy na elektrických vlastnostech de facto jakkoli dlouho. Nevýhodou je obsah kadmia, což je jedovatý těžký kov, se schopností kumulovat se v organizmu a způsobovat vážné, smrtelné choroby. Mají menší kapacitu (do ~ 1100 mAh) a větší samovybíjení (roste vnitřní odpor).
Niklmetalhydridové akumulátory (NiMH)
Vycházejí z niklkadmiových, ale jsou navrženy tak, aby měly při stejném objemu vyšší kapacitu a byly menším nebezpečím pro životní prostředí. Kladná elektroda je opět nikl, zápornou ovšem tvoří hydrid směsí kovů např. hydroxid-oxidu nikelnatého Ni(OH)2 a elektrolyt je opět hydroxid draselný. Mají nominální napětí (1,2-1,25 V) a stejný režim nabíjení jako NiCd, mají kapacitu vyšší asi o 40 % a plochou vybíjecí charakteristiku, tedy i menší samovybíjení, jejich použitelnost v extrémních klimatických podmínkách je však horší - do -10 (některé ale i do 20) °C a možnost vysokých vybíjecích proudů je dnes omezena na desetinásobek kapacity. Skladovat je lze v nabitém i vybitém stavu, jen je nutné je minimálně lx za rok několikrát nabít a vybít, jinak dojde vlivem chemických reakcí ke znehodnocení elektrod akumulátoru a k nevratné ztrátě kapacity.
Lithium-iontové akumulátory (Li-Ion)
Byly vyvinuty z primárních lithiových článků. Kladnou elektrodu tvoří směs oxidů lithia a další45 ho kovu (nejčastěji oxidkobalttitolitného +Li2O.Co2O3), zápornou uhlík ve směsi s dalšími chemikáliemi, elektrolytem je směs esterů (přesné složení si jednotliví výrobci střeží, nejčastěji tetrafluoroboritan litný LiBF4). Mají jmenovité napětí (3,6 V). Nesmí se nabíjet a vybíjet nad- 1 CZ 23786 Ul měrným proudem a nevýhodou je nutnost elektronické ochrany jednotlivých článků při nabíjeni a vybíjení. Konečné napětí při nabíjení nesmí být překročeno a nesmí dojít k vybití pod stanovenou mez, což mají na starosti ochranné obvody na každém jednotlivém článku. Provozní podmínky Li-ion akumulátorů jsou podobné jako u NiMH a při delším skladování je třeba je mini5 málně jednou ročně nabít, aby samovybíjením nedošlo k vybití pod stanovenou mez. Hustota energie je 120 až 130 Wh/kg nebo 200 až 250 Wh/dm3.
Lithium-polymerové akumulátory (Li-Pol)
Tyto články vycházejí z Li-Ion článků, mají podobné vlastnosti včetně jmenovitého napětí, kapacity a proudu. Oproti Li-ion jsou lehčí s prizmatickou konstrukcí, jsou však mechanicky málo ií) odolné. Stejně jako u Li-ion je nevýhodou nutnost elektronické ochrany jednotlivých článků při nabíjení a vybíjení a nízké vybíjecí proudy.
Ultrakapacitory
Ultrakapacitor je v principu elektrolytický kondenzátor vyrobený speciální technologií za účelem dosažení vysoké kapacity řádu tisíců Faradů při zachování vlastností kondenzátoru, zejména schopnosti rychlého nabíjení a vybíjení. Kapacita kondenzátoru je přímo úměrná ploše elektrod a nepřímo úměrná vzdálenosti elektrod (nábojů). Elektrody ultrakapacitoru tvoří práškový uhlík, nanesený na hliníkové fólii. Zrna uhlíkového prášku mají plochu až 2000 m2 na 1 gram prášku. Dvě elektrody jsou odděleny separační fólií z polypropylenu, prostor mezi elektrodami je vyplněn tekutým elektrolytem. Velká plocha elektrody a velmi malá vzdálenost jednotlivých zrnek uhlíku (řádu 10'10 m) vytváří kapacitu řádu Faradů. Vzdálenost uhlíkových zrnek zároveň omezuje provozní napětí kondenzátoru na hodnotu cca 2.5 V. Výsledkem je polarizovaný kondenzátor s velmi velkou kapacitou a velmi malým sériovým odporem, vhodný pro ukládáni a rychlé dodávání elektrické energie. Elektrické parametry ultrakapacitorů jsou srovnatelné s parametry elektrochemických zdrojů (baterie, akumulátory). Energie uložená v ultrakapacitoru je řádově
10 krát vyšší než v běžném kondenzátoru. Malá hodnota vnitřního odporu umožňuje rychlé vybití, špičkový výkon dodaný ultrakapacitorem dosahuje hodnot řádu kW na 1 kg hmotnosti ultrakapacitoru. Elektrické parametry ultrakapacitoru jsou zachovány i při nízkých teplotách do -40 °C.
Podstata technického řešení
Technické řešení se týká nového druhu akumulátorové baterie, která je založena na sério-paralelním spojení bezolovnatých typů NiMH, Li-ion, Li-Pol sekundárních článků a ultrakapacitorů s možným výhodným použitím kontrolní elektroniky. Akumulátorová baterie podle tohoto technického řešení má také shodné kvalitativní vlastnosti bez užití kontrolní elektroniky. Technické řešení spočívá hlavně v nalezení vhodné alternativy a vylepšení stávajících olověných baterií.
Baterie podle tohoto technického řešení je novým typem zapojení známých součásti s dosažením lepších kvantitativních a kvalitativních vlastností než stávající olověné baterie.
Princip nové akumulátorové baterie spočívá v sério-paralelním spojení NiMH, Li-ion, Li-Pol článků a ultrakapacitorů za účelem náhrady stávajících olověných akumulátorů. Trvalým spojením těchto komponent do jednolitého celku (pájením, svařením atp.) je zaručeno zachování po40 žadovaných vlastností (velikosti vnitřních odporů jednotlivých spojovacích větví, spojů a jejich přechodových odporů, tepelné vodivosti a odvodu tepla z vodičů, elektrické vodivosti spojovacích vodičů a třmenů, elektrické izolace a mechanické pevnosti a stabilitě umístění jednotlivých komponent) po celou dobu provozu za všech provozních podmínek a zaručení chemické i mechanické odolnosti v jinak škodlivých prostředích (nadměrná vlhkost, korozivní prvky v atmosféře, oxidace spojů atp.), zaručení odpovídajícího teplotního prostředí pri provozu (využití různých plniv do epoxidového obalu podle potřeby buď zajišťujících tepelnou vodivost, nebo naopak tepelnou izolaci), případně jejich kombinaci pro různé části nového typu automobilové baterie, k maximálnímu využití výhodných vlastností jednotlivých komponent jako jsou velká kapacita NiMH, Li-ion nebo Li-Pol článků, schopnosti jejich rychlého nabití, schopnosti dodávat proud
-2CZ 23786 Ul i při hlubokém vybití, jejich relativně malý vnitřní odpor a možnost dodávat proudy v hodnotách do minimálně trojnásobku jejich jmenovité kapacity po celou dobu provozu bez degradace spojů vlivem prostředí, u ultrakapacitorů k využití jejich schopnosti krátkodobě dodávat vysoké proudy kolem řadově tisíců ampér bez poškození vlivem tepelných ztrát, jejich malého vnitřního odporu a tím možnosti poskytovaní maximálního výkonu, možnosti zaručení jejich dobíjení z použitých článků, případně připojeného zdroje za nejkratší možnou dobu, a eliminovat jejich nevýhody jako je jejich malá mechanická odolnost (platí hlavně pro Li-Pol články) atp., což při klasickém propojení není možné. Počet článků je dán potřebnou kapacitou a výsledným napětím nového typu akumulátorové baterie.
Při požadavku na vysoký vybíjecí proud je tento dodáván převážně ultrakapacitory, NiMH (LiIon, Li-Pol) články nejsou přetěžovány vzhledem k hodnotám jejich vnitřního odporu a odporu spojovacích vodičů a třmenů jednotlivých větví, případně kontrolní elektronice, je-li tato použita. Jednotlivé větve a spoje mají zvolenou rezistenci podle typů článků (hlavně jejich maximálnímu vybíjecímu proudu). U větve NiMH, Li-Ion, nebo Li-Pol článkuje rezistence 3-10 násobně větší než u větve ultrakapacitorů. Tento poměr rezistencí a absolutní velikosti těchto rezistencí jsou závislé na druhu a vlastnostech jednotlivých komponent.
Tento nový typ akumulátorové baterie je možné krátkodobě vybíjet proudem dosahujícím hodnoty 20 až 30 násobku její jmenovité kapacity.
Při poklesu vybíjecího proudu pod úroveň trvalého vybíjecího proudu NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků se ultrakapacitory stanou spotřebiči a dojde k jejich nabíjení. Proud, kterým se ultrakapacitory nabíjejí, závisí na stavu nabití NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků, okolní teplotě a celkovém odebíraném proudu a exponenciálně se snižuje. Popsaný systém umožňuje využít NiMH (Li-Ion, Li-Pol) články v zařízeních, která trvale odebírají proud do maximálně desetinásobku (pri použití NiMH článků) nebo trojnásobku (pri použití Li-Ion, Li-Pol článků) kapacity použitého akumulá25 toru a zároveň nárazově odebírají několik vteřin trvající proudy o velikosti do 30-ti násobku jmenovité kapacity použitého akumulátoru, což nebylo dosud možné. Při poklesu teplot pod -20 °C, kdy maximální vybíjecí proud NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků klesá na cca 30% hodnoty oproti 20 °C, je ultrakapacitor schopen dodat potřebný proud a funkčnost akumulátoru je tak zajištěna do teplot -40 °C. Vzhledem k plochým vybíjecím charakteristikám NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků a konstrukci akumulátoru je tento typ akumulátoru schopen dodat proudy do 20-ti násobku jmenovité kapacity i při hlubokém vybití pod 10% nominální kapacity.
Hlavními výhodami tohoto technického řešení jsou:
Nový typ akumulátorové baterie neobsahuje olovo, roztok kyseliny sírové ani další nebezpečné a/nebo toxické látky ve smyslu směrnice 2002/95/EC ROHS ve volné formě a je tedy ekologicky nezávadná (toxické a nebezpečné látky ve volné formě při skladování a provozu plně a dokonale hermeticky odděleným od okolního prostředí).
Nový typ akumulátorové baterie je použitelný v širším rozsahu (-40 až 60 °C) pracovních teplot.
Díky použití ultrakapacitorů a plochému průběhu vybíjení NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků je možno spouštět spalovací motory i akumulátorovou baterií, která je vybita až z 90 % její jmenovité kapacity, pro odpovídající zařízení lze tedy použít akumulátorovou baterii s poloviční kapacitou v porovnání s olověnou baterií.
Popisovaný typ akumulátorové baterie je díky složení a kombinaci NiMH, Li-Ion, Li-Pol) článků a ultrakapacitorů je lehčí a menší než olověné baterie. Hustota energie je podle způ45 sobu konstrukce a volbě NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků od 150 Wh/dm3 (olověné akumulátory typicky 50 Wh/dm3).
Vzhledem ke konstrukci použitých NiMH (Li-Ion, Li-Pol) Článku a ultrakapacitorů a monolitické konstrukci vlastní akumulátorové baterie je mnohem odolnější vůči poškození
-3CZ 23786 Ul a vibracím. Vzhledem k použití ultrakapacitorů je možné zajistit řádově větší spouštěcí proud v celém rozsahu pracovních teplot.
Za nevýhody lze považovat citlivost na přepólování akumulátorové baterie (neobsahuje-li vhodnou kompenzační elektroniku) a obecně větší samovybíjení NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků při teplotách nad 40 °C než olověné baterie, které však lze Částečně eliminovat použitím odlišných NiMH (Li-Ion, LiPol) článků za cenu snížení spodní meze rozsahu pracovních teplot na -25 až -30 °C. Při volbě Li-Pol (Li-Ion) článků jako NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků je třeba vzít v potaz nutnost ochranné elektroniky pro kontrolu nabíjecích a vybíjecích proudů.
Nový typ akumulátorové baterie spočívá v sério-paralelním spojení NiMH, Li-Pol, případně Lilo Ion sekundárních článků, případně bloků článků (na obrázcích označovaných B) a ultrakapacitoru/-ů (na obrázcích označovaných C) do bloků s kontrolní elektronikou (na obrázcích označovaných E) anebo bez ní. Vhodnou kombinací různých typů NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků, ultrakapacitorů a různou volbou kontrolní elektroniky lze měnit požadované vlastnosti jednotlivých bloků. Uvedeným postupem lze využít výhody NiMH (Li-Ion, Li-Pol) článků, kterou je hlavně jejich velká kapacita v poměru k váze a objemu, a eliminovat jejich nevýhody, což je hlavně nižší vybíjecí proud, a výhody ultrakapacitorů, kterými jsou zejména vysoké vybíjecí proudy (řádově 1000 A) a malý vnitřní odpor (řádově kolem 1 ιηΩ), a eliminovat jejich nevýhodu, kterou je nízká kapacita.
Tyto bloky, dle požadavků na jmenovité napětí, potřebnou kapacitu, případně další vlastnosti, samostatně anebo vzájemně propojené a s připojenou kontrolní elektronikou jsou následně zality vhodným materiálem do monolitického výrobku opatřeného svorkami a po vytvrzení přímo použitelné jako přímá náhrada za stávající olověné baterie a autobaterie.
Způsob výroby baterie podle tohoto technického řešení se vyznačuje tím, že je zajištěno sérioparalelním spojením NiMH, Li-Pol, případně Li-Ion sekundárních článků, případně bloků těchto článků, a ultrakapacitorů. Tímto jsou zajištěny lepší kvalitativní a kapacitně kvantitativní vlastnosti nové baterie.
Hlavním přínosem technického řeSení je možnost použití akumulátorů NiMH, Li-Pol, případně Li-Ion sekundárních článků případně bloků článků a ultrakapacitorů pro spouštění spalovacích zážehových i vznětových motorů i pro všechny typy motorových vozidel pri sério-paralelním spojení těchto známých součástí.
Baterie podle tohoto technického řešení sestává alespoň z jednoho akumulátoru NiMH, Li-Pol, případně Li-Ion sekundárních článků, případně bloků článků, a ultrakapacitorů pri jejich vzájemném sériovém a/nebo paralelním a/nebo sérioparalelním zapojení.
Níže jsou uvedeny příklady uskutečnění technického řešení, kde jsou podrobně popsány technic35 ké parametry zařízení v závislosti na volbě použitých součástek, materiálů a provedení konstrukce.
Obrázek la - Baterie je vytvořena sério-paralelním spojením 10-ti NiMH článků B se jmenovitou kapacitou 22 Ah, jmenovitým napětím 1,2 V a maximálním vybíjecím proudem 2 C a 5-ti ultra40 kapacitorů C s kapacitou 400 F, jmenovitým napětím 2,7 V a maximálním proudem 500 A;
Obrázek lb - Charakteristika vybíjení a nabíjení akumulátorové baterie z Příkladu 1;
Obrázek 2a - Baterie je vytvořena sério-paralelním spojením 10-ti NiMH Článků B se jmenovitou kapacitou 4,5 Ah, jmenovitým napětím 1,2 V a maximálním vybíjecím proudem 10 C a 10-ti ultrakapacitorů C s kapacitou 400 F, jmenovitým napětím 2,7 V a maximálním proudem 500 A;
Obrázek 2b - Charakteristika vybíjení akumulátorové baterie z Příkladu 2. Zařízení na obrázku 3 je tvořeno pojistkou P o jmenovitém proudu 40 mA, ze zenerovy diody D se stabilizačním napětím 15 V a spojovacích vodičů dostatečného průřezu.
-4CZ 23786 Ul
Zařízení na obrázku 4 navíc obsahuje stabilizátor napětí S se stabilizačním napětím 8 V a modulu voltmetru M schopným měřit a zobrazovat elektrické napětí v rozsahu 0 až 20 V. Popis funkce jednotlivých vybraných příkladů elektronických bloků E pro kontrolu a/nebo indikaci stavu:
Blok E na obrázku 3 se skládá ze zenerovy diody D pro 15 V a pojistky P o jmenovitém proudu
40 mA zapojených do série. Při přepólování baterie se zenerova dioda D otevírá, pojistkou P prochází proud, přičemž dojde k jejímu přepálení. Při připojení ke zdroji napětí o vyšším napětí než je 15 V dochází k průrazu zenerovy diody D v závěrném směru a tím ke stabilizaci napětí. Stoupne-li napětí připojeného zdroje nad cca 17 V, dojde ke zvýšení proudu tekoucímu přes pojistku P nad 40 mA, která je následně přepálena. Stav pojistky P, případně zenerovy diody D, io indikuje, zda byla akumulátorová baterie v minulosti přepólována, ěi připojena ke zdroji napětí s vyšší hodnotou, než udává specifikace.
Blok E na obrázku 4 se skládá z bloku na obrázku 3 popsanému výše a k němu paralelně připojenému měřicímu modulu voltmetru M napájeného přes stabilizátor S napětí a nastavenému na měřicí rozsah 20 V. Tento blok kromě indikace, zda byla baterie v minulosti přepólována, či při15 pojena ke zdroji napětí s vyšší hodnotou, než udává specifikace, také poskytuje informaci o aktuálním napětí baterie.
Na přiložených obrázcích jsou uvedeny charakteristiky a elektrická zapojení pro jednotlivé příklady uskutečnění technického řešení.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Baterie je vytvořena sério-paralelním spojením 10-ti NiMH článků B se jmenovitou kapacitou 22 Ah, jmenovitým napětím 1,2 V a maximálním vybíjecím proudem 2 C a 5-ti ultrakapacitorů C s kapacitou 400 F, jmenovitým napětím 2,7 V a maximálním proudem 500 A na obr. la. Tento blok baterií a článků je po propojení zalit epoxidovou pryskyřicí do monolitického bloku. Tech25 nické parametry daného zařízení udává tabulka 1, průběhy nabíjení, dlouhodobého vybíjení a spouštěcího krátkodobého vybíjení vysokým proudem jsou vyobrazeny na obr. lb. Tato baterie je určena primárně pro spouštění zážehových motorů do výkonu 100 kW, lze jí nahradit běžné olověné autobaterie o kapacitě 36 až 45 Ah. Tato baterie neobsahuje žádnou kontrolní elektroniku.
Finální mechanické provedení, rozměry, typ použité pryskyřice, plniva do pryskyřice, tvary a rozmístěni vývodů, průřezy vodičů jsou závislé na plánovaném použití. Pro použití v motorových vozidlech jsou použity vývodové póly typu 1 a baterie má polaritu 0, Použitá pryskyřice obsahuje tepelně vodivé plnivo na bázi hliníku.
Příklad 2
Baterie na obr. 2a je vytvořena sério-paralelním spojením 110-ti NiMH článků B se jmenovitou kapacitou 4500 mAh, jmenovitým napětím 1, 2 V a maximálním vybíjecím proudem 40 C a 10-ti ultrakapacitorů C s kapacitou 400 F, jmenovitým napětím 2,7 V a maximálním proudem 500 A. Tento blok baterií a článků je po propojení zalit epoxidovou pryskyřicí do monolitického bloku. Technické parametry daného zařízení udává tabulka 2, průběhy nabíjení, dlouhodobého vybíjení a spouštěcího krátkodobého vybíjení vysokým proudem jsou na obrázku 2b, Tato baterie je primárně určena pro spouštění spalovacích vznětových a zážehových motorů do výkonu 200 kW, lze jí bez problémů nahradit olověné autobaterie do kapacity 100 Ah. V baterii je použit elektronický blok E (obrázek 3, popis níže) indikující, zda byla baterie v minulosti přepólována anebo připojena ke zdroji napětí o velikosti větší než 15 V.
-5CZ 23786 Ul
Tabulka 1
Jmenovitá kapacita při 20 °C | 22 Ah |
Jmenovité napětí | 12 V |
Startovací proud ekvivalentní EN | 390 A |
Zkratovací proud | 600 A |
Rezervní kapacita RC | 40 min |
Maximální vybíjecí proud (max ls) | 500 A |
Maximální trvalý vybíjecí proud | 25 A |
Rozsah pracovních teplot | -40 až 60 °C |
Kapacita utrakapacitoru | 80 F |
Hustota energie | 6Ah/kg |
Tabulka 2
Jmenovitá kapacita při 20 °C | 48 Ah |
Jmenovité napětí | 12V |
Startovací proud ekvivalentní EN | 800 A |
Zkratovací proud | 2000 A |
Rezervní kapacita RC | 107 min |
Maximální vybíjecí proud (max ls) | 1800 A |
Maximální trvalý vybíjecí proud | 500 A |
Rozsah pracovních teplot | -40 až 60 °C |
Kapacita utrakapacitoru | 160 F |
Hustota energie | 7Ah/kg |
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (4)
- NÁROKY NA OCHRANU5 1. Startovací automobilová baterie, vyznačující se tím, že sestává ze vzájemného sério-paralelního spojení nejméně jednoho a více NiMH - Niklmetalhydridových Článků a/nebo Li-Ion - Lithium-iontových článků a/nebo Li-Pol - Lithiumpolymerových článků a alespoň jednoho ultrakapacitoru.
- 2. Startovací automobilová baterie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsaio huje alespoň jeden a více bloků NiMH a/nebo Li-Pol a/nebo Li-Ion sekundárních článků a ultrakapacitorů.
- 3. Startovací automobilová baterie podle nároku 2, vyznačující se tím, že je opatřena řídicí elektronikou obsahující elektronický blok (E) pro kontrolu a/nebo indikaci stavu napětí a/nebo indikaci přepólování a/nebo indikaci připojení ke zdroji o vyšším napětí, než povo15 luje specifikace.-6CZ 23786 Ul
- 4. Startovací automobilová baterie podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že bateriové články a ultrakapacitor/-y jsou uloženy do ochranného obalu tvořeného přednostně epoxidovou pryskyřicí s plnivem na bázi hliníku.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ201225544U CZ23786U1 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Startovací automobilová baterie |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ201225544U CZ23786U1 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Startovací automobilová baterie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ23786U1 true CZ23786U1 (cs) | 2012-05-14 |
Family
ID=46082669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ201225544U CZ23786U1 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Startovací automobilová baterie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ23786U1 (cs) |
-
2008
- 2008-03-14 CZ CZ201225544U patent/CZ23786U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CZ2008169A3 (cs) | Bezolovnatá spouštecí akumulátorová baterie zejména pro spalovací motory a motorová vozidla | |
JP6292407B2 (ja) | ソルダリングコネクター、これを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーパック | |
CN101682019B (zh) | 具有防错接功能的储能组件 | |
US9196920B2 (en) | Electrochemical cell having a safety device | |
EP3951916A1 (en) | Terminal busbar for improving safety, and battery module and battery pack comprising same | |
US20130136964A1 (en) | Electrochemical cell having a safety device | |
US20100230191A1 (en) | Electrochemical cell with a non-graphitizable carbon electrode and energy storage assembly | |
Bhardwaj et al. | Lead acid battery with thin metal film (TMF®) technology for high power applications | |
EP3961793A1 (en) | Electric dc accumulator consisting of different energy sources | |
US20130004807A1 (en) | Electrochemical cell having releasable suppressant | |
CZ23786U1 (cs) | Startovací automobilová baterie | |
EP4564555A1 (en) | Battery module | |
JP2013120680A (ja) | 水電解型ハイブリッド蓄電池 | |
Saharan et al. | High power cell for mild and strong hybrid applications including Chevrolet Malibu | |
EP4557446A2 (en) | Rechargeable battery and rechargeable battery module | |
EP4471949A1 (en) | Battery cell, battery and electric device | |
Broussely | Traction batteries. EV and HEV | |
EP4567968A1 (en) | Battery module, side cover of battery module and method of manufacturing side cover of battery module | |
GR1010287B (el) | Ηλεκτρικος συσσωρευτης συνεχους ρευματος αποτελουμενος απο διαφορετικες πηγες ενεργειας | |
Pathan et al. | Performance Analysis of Industrial Battery | |
Cervinka et al. | Battery for small electric airplane | |
Stein et al. | Development of a High Capacity Lithium-Ion Battery for a Navy Aircraft | |
US20140120383A1 (en) | Apparatus and method for high power density power discharge from a battery pack | |
Keller et al. | Lithium-ion batteries for hybrid and electric vehicles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20120514 |
|
ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20120619 |
|
ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20150309 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20180314 |