RU124842U1

RU124842U1 - LITHIUM ION BATTERY

Info

Publication number: RU124842U1
Application number: RU2012131983/07U
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Никифоров; Андрей Валерьевич Чигарев; Роман Владимирович Соколов; Юрий Александрович Быстров; Евгений Николаевич Власов; Николай Анатольевич Кудрявцев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин"
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-02-10

Abstract

Литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая источники тока в виде литий-ионных аккумуляторов, корпуса которых имеют призматическую форму и на крышках которых расположены положительные и отрицательные выводы, а внутри корпуса помещен блок электродов, литий-ионные аккумуляторы соединены последовательно в электрическую цепь в количестве, необходимом для обеспечения требуемого напряжения и электрической емкости батареи, и снабжены предохранительным средством для сброса избыточного давления, отличающаяся тем, что блок электродов литий-ионного аккумулятора составлен из не менее двух электродных сборок, запаянных в герметичные электроизолирующие пакеты с электролитом, положительный и отрицательный выводы расположены на противоположных сторонах электродных сборок, выводы электродных сборок образуют выводы блока электродов, а литий-ионные аккумуляторы собраны в литий-ионные аккумуляторные блоки, состоящие из не менее двух литий-ионных аккумуляторов, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумулятор либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов, а литий-ионные аккумуляторные блоки собраны в литий-ионную аккумуляторную батарею, состоящую из не менее двух литий-ионных аккумуляторных блоков, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумуляторный блок либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторных блоков.A lithium-ion rechargeable battery containing current sources in the form of lithium-ion rechargeable batteries, the cases of which are prismatic and have positive and negative terminals on their covers, and an electrode block is placed inside the case; lithium-ion rechargeable batteries are connected in series to the electric circuit in quantities of necessary to ensure the required voltage and electric capacity of the battery, and equipped with a safety device for relieving excess pressure, characterized in that the electrode block The lithium-ion battery is composed of at least two electrode assemblies sealed in sealed insulating bags with electrolyte, the positive and negative terminals are located on opposite sides of the electrode assemblies, the terminals of the electrode assemblies form the terminals of the electrode block, and lithium-ion batteries are assembled in lithium-ion batteries blocks consisting of at least two lithium-ion batteries connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion battery or two or and more series-connected lithium-ion batteries, and lithium-ion battery packs are assembled into a lithium-ion battery pack consisting of at least two lithium-ion battery packs connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion a battery pack or two or more series-connected lithium-ion battery packs.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам, содержащим химические источники тока, относящиеся к элементам вторичного типа, предназначенным для обеспечения электроэнергией потребителей, и может быть применена в качестве основного, резервного или аварийного источника электроэнергии в составе электроэнергетической системы объекта морской техники, например, подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, а также как накопитель электроэнергии в промышленных сетях.The proposed utility model relates to power plants containing chemical current sources related to secondary elements designed to provide electricity to consumers, and can be used as the main, backup or emergency source of electricity as part of the power system of a marine equipment, for example, an underwater vehicle , submarine, offshore platform, as well as an energy storage device in industrial networks.

Известна герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея, патент на полезную модель RU №21482, класс Н01М 10/12. Герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея, состоящая из бака, положительных и отрицательных электродов, сепараторов, матричного или загущенного электролита, токоведущих деталей и клапанов, отличающаяся тем, что активная масса отрицательных электродов содержит добавку гидрофобизатора.Known sealed lead-acid battery, patent for utility model RU No. 21482, class H01M 10/12. A sealed lead-acid battery consisting of a tank, positive and negative electrodes, separators, matrix or thickened electrolyte, live parts and valves, characterized in that the active mass of the negative electrodes contains an additive of a hydrophobizing agent.

Недостатком устройства является то, что герметизированная свинцовая аккумуляторная батарея проигрывает литий-ионной аккумуляторной батарее по массогабаритным характеристикам при одинаковой энергии. Расположенная в аккумуляторном помещении того же объема литий-ионная аккумуляторная батарея будет иметь энергию значительно превышающую энергию свинцовой. Свинцовая батарея является источником газовыделений (водород, кислород) и требует наличия обслуживающих ее систем. В отличие от свинцовой литий-ионная аккумуляторная батарея не является источником газовыделений и не требует обслуживания.The disadvantage of this device is that a sealed lead-acid battery loses to a lithium-ion battery in terms of mass and size characteristics at the same energy. Located in a battery room of the same volume, a lithium-ion battery will have energy significantly higher than lead energy. A lead battery is a source of gas emissions (hydrogen, oxygen) and requires the presence of systems serving it. Unlike a lead lithium-ion battery, it is not a source of gas and does not require maintenance.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является взятая за прототип «Литий-ионная аккумуляторная батарея», патент на полезную модель RU №67778, класс Н01М 10/04, Н01М 10/42. Литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая источники тока, соединенные последовательно в электрическую цепь в количестве, необходимом для обеспечения требуемого напряжения батареи и электрической емкости. Корпуса источников тока имеют призматическую форму и закреплены относительно друг друга. Аккумуляторы снабжены предохранительным средством для сброса избыточного давления. В корпус помещен блок электродов, собранный в виде скрутки, положительный и отрицательный выводы которого выведены на крышку источника тока. Для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионной аккумуляторной батареи, состоящей из восьми аккумуляторов, батарея содержит два устройства контроля электрических параметров источников тока. Каждое устройство контроля представляет собой систему электрически связанных между собой функциональных модулей управления и обработки информации (измерение величины текущего тока, температуры и напряжения на каждом аккумуляторе), обеспечивающие заряд-разряд аккумуляторной батареи, при этом выходы модулей управления и обработки информации соединены с входами модуля управления ключами через шины управления зарядом-разрядом, выход которого соединен через шину управления модулем силовых ключей с входом модуля силовых ключей. Модуль управления ключами представляет собой набор пороговых устройств, электрически связанных с модулем силовых ключей через шину управления модулем силовых ключей.Closest to the proposed utility model is taken as a prototype "Lithium-ion battery", patent for utility model RU No. 67778, class H01M 10/04, H01M 10/42. A lithium-ion rechargeable battery containing current sources connected in series to an electric circuit in an amount necessary to provide the required battery voltage and electric capacity. The cases of current sources have a prismatic shape and are fixed relative to each other. Batteries are equipped with a safety device to relieve excess pressure. A block of electrodes assembled in the form of a twist is placed in the housing, the positive and negative terminals of which are displayed on the cover of the current source. To maintain and maintain a lithium-ion battery consisting of eight batteries, the battery contains two devices for monitoring the electrical parameters of current sources. Each control device is a system of electrically interconnected functional control and information processing modules (measuring current current, temperature and voltage on each battery), providing charge-discharge of the battery, while the outputs of the control and information processing modules are connected to the inputs of the control module keys through the charge-discharge control bus, the output of which is connected via the control bus of the power switch module to the input of the power switch module. The key management module is a set of threshold devices that are electrically connected to the power key module via the power key module control bus.

Недостатком данного устройства является то, что известная батарея не обеспечивает широкого диапазона напряжения, емкости и разрядного тока. Количество литий-ионных аккумуляторов в известной батарее строго фиксировано. Не обеспечивается электроизоляция корпуса литий-ионного аккумулятора и литий-ионной аккумуляторной батареи, так как электролит непосредственно контактирует с металлическим корпусом литий-ионного аккумулятора. Выводы блока электродов выходят на одну сторону, что не обеспечивает оптимальный тепловой режим работы литий-ионного аккумулятора и приводит к повышенным тепловыделениям литий-ионной аккумуляторной батареи.The disadvantage of this device is that the known battery does not provide a wide range of voltage, capacitance and discharge current. The number of lithium-ion batteries in a known battery is strictly fixed. The electrical insulation of the lithium-ion battery case and the lithium-ion battery is not provided, since the electrolyte is in direct contact with the metal case of the lithium-ion battery. The conclusions of the electrode block extend to one side, which does not provide the optimal thermal mode of operation of the lithium-ion battery and leads to increased heat generation of the lithium-ion battery.

Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение основных характеристик объекта морской техники, обеспечение максимально эффективного использования объема аккумуляторного помещения, удобства монтажа, диапазона напряжения, емкости и разрядного тока литий-ионной аккумуляторной батареи, необходимого для применения на объекте морской техники. Также задачей полезной модели является повышение безопасности и обеспечение электроизоляции литий-ионных аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторных блоков и литий-ионной аккумуляторной батареи, улучшение тепловых характеристик, уменьшение разогрева литий-ионных аккумуляторов и тепловыделений литий-ионной аккумуляторной батареи в воздух аккумуляторного помещения. Все эти характеристики играют первостепенное значение при интеграции литий-ионной аккумуляторной батареи в электроэнергетическую систему объекта морской техники.The objective of the proposed utility model is to improve the basic characteristics of an object of marine equipment, ensuring the most efficient use of the volume of the battery room, ease of installation, voltage range, capacity and discharge current of a lithium-ion battery required for use at the object of marine equipment. Another objective of the utility model is to increase the safety and provide electrical insulation of lithium-ion batteries, lithium-ion battery packs and a lithium-ion battery, improve thermal performance, reduce the heating of lithium-ion batteries and heat dissipation of a lithium-ion battery in the air of the battery room. All these characteristics are of paramount importance when integrating a lithium-ion battery into the power system of a marine equipment facility.

Поставленная задача достигается соединением литий-ионных аккумуляторов в литий-ионную аккумуляторную батарею. Литий-ионные аккумуляторы собраны в литий-ионные аккумуляторные блоки, состоящие из не менее двух литий-ионных аккумуляторов, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумулятор, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторные блоки собраны в литий-ионную аккумуляторную батарею, состоящую из не менее двух литий-ионных аккумуляторных блоков, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумуляторный блок, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторных блоков. Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока обеспечивает необходимый уровень защиты от пыли и брызг. Также поставленная задача решается за счет разбиения блока электродов на отдельные электродные сборки. Электродные сборки запаяны в герметичные электроизолирующие пакеты с электролитом, обеспечивающие изоляцию токоведущих частей литий-ионного аккумулятора и электролита от корпуса литий-ионного аккумулятора. Решение поставленной задачи также достигается за счет размещения выводов электродных сборок и блока электродов с противоположных сторон. Положительный и отрицательный выводы электродных сборок расположены на противоположных сторонах электродных сборок. Такое расположение выводов уменьшает разогрев литий-ионных аккумуляторов и улучшает тепловые характеристики литий-ионной аккумуляторной батареи за счет уменьшения тепловыделений.The task is achieved by combining lithium-ion batteries in a lithium-ion battery. Lithium-ion batteries are assembled into lithium-ion battery packs consisting of at least two lithium-ion batteries connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion battery, or two or more series-connected lithium-ion batteries . The lithium-ion battery packs are assembled into a lithium-ion battery pack consisting of at least two lithium-ion battery packs connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion battery pack, or two or more lithium-ion cells connected in series -ionic battery packs. The design of the lithium-ion battery pack provides the necessary level of protection against dust and splashes. Also, the problem is solved by splitting the electrode block into separate electrode assemblies. The electrode assemblies are sealed in sealed electrical insulating bags with electrolyte, providing insulation of live parts of the lithium-ion battery and electrolyte from the housing of the lithium-ion battery. The solution to this problem is also achieved by placing the conclusions of the electrode assemblies and the electrode block from opposite sides. The positive and negative terminals of the electrode assemblies are located on opposite sides of the electrode assemblies. This arrangement of terminals reduces the heating of lithium-ion batteries and improves the thermal characteristics of a lithium-ion battery by reducing heat dissipation.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, гдеThe proposed utility model is illustrated by drawings, where

на фиг.1 - принципиальная схема литий-ионной аккумуляторной батареи;figure 1 is a schematic diagram of a lithium-ion battery;

на фиг.2 - корпус литий-ионного аккумулятора;figure 2 - housing lithium-ion battery;

на фиг.3 - блок электродов;figure 3 is a block of electrodes;

на фиг.4 - электродная сборка в герметичном электроизолирующем пакете.figure 4 - electrode assembly in a sealed electrically insulating bag.

Литий-ионная аккумуляторная батарея 1, содержит источники тока в виде литий-ионных аккумуляторов 2, соединенных в электрическую цепь в количестве, необходимом для обеспечения требуемого напряжения и электрической емкости батареи. Корпуса 3 литий-ионных аккумуляторов 2 имеют призматическую форму с крышками 4, 5. Крышка 4 снабжена предохранительным средством 6, служащим для сброса избыточного внутреннего давления. Также на крышке 4 расположен положительный вывод 7, а на крышке 5 - отрицательный вывод 8 аккумулятора. Внутри корпусов 3 литий-ионных аккумуляторов 2 помещены блоки электродов 9, состоящие из не менее двух электродных сборок 10, запаянных в герметичные электроизолирующие пакеты 11 с электролитом. С противоположных сторон электродных сборок 10 расположены положительные 12 и отрицательные 13 выводы. Литий-ионные аккумуляторы 2 собраны в литий-ионные аккумуляторные блоки 14, состоящие из не менее двух литий-ионных аккумуляторов 2, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумулятор 2, либо два или более последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов 2. Литий-ионные аккумуляторные блоки 14 собраны в литий-ионную аккумуляторную батарею 1, состоящую из не менее двух литий-ионных аккумуляторных блоков 14, соединенных в две или более параллельные цепи, каждая из которых содержит один литий-ионный аккумуляторный блок 14, либо два или более последовательно соединенных аккумуляторных блока 14.The lithium-ion secondary battery 1 contains current sources in the form of lithium-ion secondary batteries 2 connected to the electric circuit in an amount necessary to provide the required voltage and electric capacity of the battery. The cases 3 of lithium-ion batteries 2 have a prismatic shape with covers 4, 5. Cover 4 is provided with a safety device 6, which serves to relieve excess internal pressure. Also on the cover 4 is the positive terminal 7, and on the cover 5 is the negative terminal 8 of the battery. Inside the housings 3 of lithium-ion batteries 2 are placed blocks of electrodes 9, consisting of at least two electrode assemblies 10, sealed in sealed electrical insulating bags 11 with electrolyte. On the opposite sides of the electrode assemblies 10 are positive 12 and 13 negative conclusions. Lithium-ion batteries 2 are assembled in lithium-ion battery packs 14, consisting of at least two lithium-ion batteries 2 connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion battery 2, or two or more series-connected lithium-ion batteries 2. The lithium-ion battery packs 14 are assembled into a lithium-ion battery pack 1, consisting of at least two lithium-ion battery packs 14 connected in two or more parallel circuits, each of which contains one l Tille ion secondary unit 14, or two or more series-connected battery packs 14.

Литий-ионная аккумуляторная батарея может быть применена в качестве накопителя в промышленных электросетях. При потере питания в такой сети литий-ионная аккумуляторная батарея может обеспечить высокие пиковые разрядные токи для обеспечения бесперебойного питания потребителей.A lithium-ion battery can be used as a drive in industrial power networks. With a loss of power in such a network, a lithium-ion battery can provide high peak discharge currents to provide uninterrupted power to consumers.

В составе электроэнергетической системы объекта морской техники, например подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, литий-ионная аккумуляторная батарея предназначена для обеспечения электроэнергией потребителей и может быть применена в качестве основного, резервного или аварийного источника электроэнергии.As part of the electric power system of an object of marine technology, for example, an underwater vehicle, a submarine, a marine platform, a lithium-ion battery is designed to provide electricity to consumers and can be used as a main, backup or emergency source of electricity.

В процессе использования на объекте применения производится заряд литий-ионной аккумуляторной батареи 1 постоянным током от источников электроэнергии объекта и ее разряд при питании потребителей. Перед началом заряда определяется уровень заряда литий-ионной аккумуляторной батареи 1 и в зависимости от времени, за которое необходимо зарядить литий-ионную аккумуляторную батарею 1 до номинальной емкости, выбирается ток и количество ступеней заряда. Заряд может проводиться одной или двумя ступенями. При одноступенчатом заряде литий-ионной аккумуляторной батарее 1 сообщается до 95% номинальной емкости. Заряд производится постоянным током до достижения максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. При двухступенчатом заряде на первой ступени литий-ионной аккумуляторной батарее 1 сообщается до 95% номинальной емкости, на второй ступени литий-ионная аккумуляторная батарея 1 заряжается до номинальной емкости. Заряд на первой ступени производится постоянным током до достижения максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. Заряд на второй ступени производится снижающимся по значению постоянным током при поддержании максимально допустимого напряжения литий-ионной аккумуляторной батареи 1. Заряд на второй ступени прекращается, когда ток заряда снижается до заранее установленного значения. Литий-ионная аккумуляторная батарея 1 допускает проведение ускоренного одноступенчатого заряда изменяющимся по значению постоянным током от источников электроэнергии объекта применения, работающих на постоянной номинальной мощности.In the process of use at the application, the lithium-ion battery 1 is charged with direct current from the facility’s electric power sources and discharged when powered by consumers. Before the charge starts, the charge level of the lithium-ion battery 1 is determined and, depending on the time for which it is necessary to charge the lithium-ion battery 1 to the rated capacity, the current and the number of charge stages are selected. The charge can be carried out in one or two steps. With a single-stage charge of a lithium-ion battery 1, up to 95% of the nominal capacity is reported. The charge is made by direct current until the maximum allowable voltage of the lithium-ion battery 1 is reached. When two-stage charging is performed on the first stage of the lithium-ion battery 1, up to 95% of the nominal capacity is reported, in the second stage the lithium-ion battery 1 is charged to the nominal capacity. The charge in the first stage is produced by direct current until the maximum allowable voltage of the lithium-ion battery 1 is reached. The charge in the second stage is produced by a decreasing value in direct current while maintaining the maximum allowable voltage of the lithium-ion battery 1. The charge in the second stage is stopped when the charge current reduced to a predetermined value. The lithium-ion rechargeable battery 1 allows an accelerated single-stage charge to be carried out with a constant current varying in value from the power sources of the application, operating at constant rated power.

Применение предлагаемой полезной модели улучшит основные характеристики объекта морской техники, например, подводного аппарата, подводной лодки, морской платформы, обеспечит широту диапазона напряжения, емкости и разрядного тока литий-ионной аккумуляторной батареи. При этом будет достигнуто максимально эффективное использование объема аккумуляторного помещения и удобство монтажа литий-ионной аккумуляторной батареи. Также будет повышена безопасность и улучшены тепловые характеристики литий-ионной аккумуляторной батареи. Все эти факторы играют первостепенное значение при интеграции литий-ионной аккумуляторной батареи в электроэнергетическую систему объекта морской техники.The application of the proposed utility model will improve the basic characteristics of an object of marine technology, for example, an underwater vehicle, a submarine, an offshore platform, and provide the breadth of the voltage, capacity, and discharge current range of a lithium-ion battery. In this case, the most efficient use of the volume of the battery room and the convenience of installing a lithium-ion battery will be achieved. Safety and thermal performance of the lithium-ion battery will also be enhanced. All these factors are of paramount importance when integrating a lithium-ion battery into the power system of a marine engineering facility.

Claims

A lithium-ion rechargeable battery containing current sources in the form of lithium-ion rechargeable batteries, the cases of which are prismatic and have positive and negative terminals on their covers, and an electrode block is placed inside the case; lithium-ion rechargeable batteries are connected in series to the electric circuit, necessary to ensure the required voltage and electric capacity of the battery, and equipped with a safety device to relieve excess pressure, characterized in that the electrode block The lithium-ion battery is composed of at least two electrode assemblies sealed in sealed insulating bags with electrolyte, the positive and negative terminals are located on opposite sides of the electrode assemblies, the terminals of the electrode assemblies form the terminals of the electrode block, and the lithium-ion batteries are assembled in lithium-ion batteries blocks consisting of at least two lithium-ion batteries connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion battery or two or and more series-connected lithium-ion batteries, and lithium-ion battery packs are assembled in a lithium-ion battery pack consisting of at least two lithium-ion battery packs connected in two or more parallel circuits, each of which contains one lithium-ion a battery pack or two or more series-connected lithium-ion battery packs.