RU136644U1

RU136644U1 - TRACTION LITHIUM-POLYMERIC BATTERY

Info

Publication number: RU136644U1
Application number: RU2013104025/07U
Authority: RU
Inventors: Вадим Робертович Иванов
Original assignee: Ооо "Радиотех"
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-01-10

Abstract

1. Тяговый литий-полимерный аккумулятор, включающий герметичный корпус с установленными в нем литий-полимерными перезаряжаемыми источниками тока, электрически связанными между собой последовательно и параллельно посредством токоведущих шин.2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что его суммарная энергетическая емкость варьируется от 60 А·ч до 120 А·ч.3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что размещен в герметичном пластиковом корпусе с ручкой габаритами 260×110×200 мм.4. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что общий вес аккумулятора составляет от 3 кг до 5 кг.5. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса заполнена герметичным материалом низкой плотности.6. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что литий-полимерные источники тока размещены в нескольких слоях теплоизоляционного материала.7. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что снабжен внутренней защитой от короткого замыкания по входу.8. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что снабжен внутренней защитой по среднему току разряда.9. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что снабжен внутренней защитой от высокого напряжения (более 16,8 В) при заряде.10. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что снабжен внутренней защитой от низкого напряжения (менее 11,2 В) при разряде.1. Traction lithium-polymer battery, including a sealed enclosure with lithium-polymer rechargeable current sources installed in it, electrically connected to each other in series and in parallel by means of busbars. 2. The battery according to claim 1, characterized in that its total energy capacity varies from 60 A · h to 120 A · h. 3. The battery according to claim 1, characterized in that it is placed in a sealed plastic case with a handle with dimensions of 260 × 110 × 200 mm. The battery according to claim 1, characterized in that the total weight of the battery is from 3 kg to 5 kg. The battery according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the housing is filled with a sealed material of low density. The battery according to claim 1, characterized in that the lithium-polymer current sources are located in several layers of thermal insulation material. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with internal input short circuit protection. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with internal protection for the average discharge current. The battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with internal protection against high voltage (more than 16.8 V) when charging. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with internal protection against low voltage (less than 11.2 V) during discharge.

Description

1.1 Область техники, к которой относится полезная модель1.1 The technical field to which the utility model belongs.

Настоящая полезная модель относится к области вторичных литиевых батарей, а точнее к литий-полимерным батареям высокой емкости, подходящим для применения в качестве тяговых аккумуляторных батарей для лодочных электромоторов и различных мобильных потребителей электроэнергии.This utility model relates to the field of secondary lithium batteries, and more specifically to high-capacity lithium polymer batteries, suitable for use as traction batteries for boat electric motors and various mobile power consumers.

1.2 Уровень техники1.2 prior art

Известно устройство А - литий-полимерный аккумулятор, который по технической сущности является близким аналогом к заявляемой полезной модели, однако его мощности недостаточно для обеспечения длительной работы энергозависимых устройств высокой мощности [патент США №0035141].A device A is known - a lithium-polymer battery, which in technical essence is a close analogue to the claimed utility model, however, its power is insufficient to ensure long-term operation of high-voltage volatile devices [US patent No. 0035141].

Известно устройство В - свинцово-кислотный тяговый аккумулятор, который по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому литий-полимерному тяговому аккумулятору [патент Россия №2373612]. Известный свинцово-кислотный тяговый аккумулятор обладает необходимой для решения поставленной задачи емкостью, однако обладает рядом существенных недостатков: большие масса и габаритные размеры, сложности в эксплуатации, существенная потеря мощности при работе в условиях низких температур (до -20°C), меньшее количество циклов разряда-заряда.A device B is known - a lead-acid traction battery, which, by the set of essential features, is closest to the claimed lithium-polymer traction battery [Russian patent No. 2373612]. The well-known lead-acid traction battery has the capacity necessary to solve the problem, but has a number of significant drawbacks: large weight and overall dimensions, difficulties in operation, significant loss of power when working at low temperatures (up to -20 ° C), fewer cycles discharge charge.

1.3 Раскрытие полезной модели1.3 Disclosure of utility model

1.3.1 Сведения раскрывающие сущность полезной модели1.3.1 Information revealing the essence of a utility model

1.3.1.1 Сущность полезной модели, как технического решения1.3.1.1 The essence of the utility model as a technical solution

Техническим результатом заявленной полезной модели является:The technical result of the claimed utility model is:

- повышение электрической емкости вторичной литий-полимерной батареи, по сравнению с устройством А;- increase the electric capacity of the secondary lithium-polymer battery, compared with device A;

- улучшение показателей работ аккумулятора в условиях низких температур (до -20°C), по сравнению с устройством В;- improvement in battery performance at low temperatures (up to -20 ° C), compared with device B;

- увеличение количества циклов разряда-заряда, по сравнению с устройством В;- an increase in the number of discharge-charge cycles, in comparison with device B;

- обеспечение пыле- и влагозащиты;- providing dust and moisture protection;

- обеспечение восстановления работоспособности аккумулятора после возникновения короткого замыкания по входу;- ensuring the restoration of battery performance after a short circuit at the input;

- обеспечение защиты аккумулятора от переразряда при разряде батареи;- ensuring the protection of the battery from overdischarge during battery discharge;

- обеспечение защиты аккумулятора от высокого напряжения при заряде.- ensuring the protection of the battery from high voltage when charging.

1.3.1.2 Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель1.3.1.2 The task to which the claimed utility model is directed

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является долговременное обеспечение автономным электропитанием различных потребителей электроэнергии в условиях повышенной влажности, при низких температурах (до -20°C) посредством использования относительно легкой по своему весу (до 5 кг) вторичной аккумуляторной батареи.The task to which the claimed utility model is aimed is the long-term provision of autonomous power supply to various electricity consumers in conditions of high humidity, at low temperatures (up to -20 ° C) by using a secondary battery relatively light in weight (up to 5 kg).

Данная задача решается за счет того, что в качестве химического источника тока используется литий-полимерный электролит между катодом и анодом, высокая удельная емкость которого позволяет запасать большое количество энергии в легких и малогабаритных ячейках. Соединенные между собой ячейки размещены в нескольких слоях теплоизоляционного материала, что позволяет избежать потери энергетической емкости аккумулятора при использовании полезной модели в условиях низких температур (до -20°C). Заполнение полостей корпуса герметичным материалом низкой плотности позволяет обеспечить пыле- и влагозащиту тягового литий-полимерного аккумулятор, а также снизить его среднюю плотность до значений, не превышающих значений плотности воды. Это решение позволяет ему оставаться на поверхности воды. Благодаря выбору литий-полимерного электролита заявленная полезная модель обладает меньшим весом, чем схожие с ней по емкости аналоги, в которых в качестве электролита используются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые или металлогидридные источники тока.This problem is solved due to the fact that a lithium-polymer electrolyte between the cathode and anode is used as a chemical current source, the high specific capacity of which allows storing a large amount of energy in light and small cells. The interconnected cells are placed in several layers of heat-insulating material, which avoids the loss of energy capacity of the battery when using the utility model at low temperatures (up to -20 ° C). Filling the body cavities with an airtight material of low density allows dust and moisture protection of the traction lithium-polymer battery, as well as reducing its average density to values not exceeding the density of water. This solution allows him to remain on the surface of the water. Thanks to the choice of lithium-polymer electrolyte, the claimed utility model has a lower weight than analogs with similar capacities, in which lead-acid, nickel-cadmium or metal hydride current sources are used as the electrolyte.

Заявленная полезная модель обеспечивает заявленный технический результат: она представляет собой перезаряжаемую литий-полимерную батарею высокой емкости весом до 5 кг, обеспечены ее пыле- и влагозащиты, она обладает улучшенными показателями работы в условиях низких температур (до -20°C) и встроенными защитами.The claimed utility model provides the claimed technical result: it is a rechargeable lithium-polymer high-capacity battery weighing up to 5 kg, it is provided with dust and moisture protection, it has improved performance at low temperatures (up to -20 ° C) and built-in protections.

Таким образом, заявленная полезная модель решает поставленную задачу и может быть использована в качестве аккумуляторной батареи относительно малого веса в сложных метеоусловиях и в качестве источника электропитания для переносных потребителей электроэнергии.Thus, the claimed utility model solves the problem and can be used as a battery of relatively low weight in difficult weather conditions and as a power source for portable electricity consumers.

1.3.2 Признаки, используемые для характеристики полезной модели1.3.2 Features used to characterize a utility model

Технические признаки полезной модели:Technical features of the utility model:

- Последовательное и параллельное соединение ячеек обеспечивает емкость от 60 А*ч до 120 А*ч.- Serial and parallel connection of cells provides a capacity of 60 A * h to 120 A * h.

- Удельная емкость химического источника тока и низкоплотные материалы обеспечивают возможность размещения заявленной емкости в весе от 3 кг до 5 кг.- The specific capacity of the chemical current source and low-density materials provide the ability to place the declared capacity in weight from 3 kg to 5 kg.

- Теплоизоляция ячеек обеспечивает работу аккумуляторной батареи в условиях низких температур (до -20°C) без потери энергоемкости.- Thermal insulation of the cells ensures the operation of the battery at low temperatures (up to -20 ° C) without loss of energy consumption.

- Однородный и герметичный конструктив корпуса обеспечивает пыле- и влагозащиту заявленной полезной модели.- The homogeneous and hermetic housing design provides dust and moisture protection of the claimed utility model.

- Электрическая схема обеспечивает встроенные защиты.- The electrical circuitry provides integrated protection.

1.4 Краткое описание чертежей1.4 Brief Description of the Drawings

Фигура 1 представляет схему устройства заявленной полезной модели. Номер 2 обозначает герметичный материал низкой плотности, которым заполнен корпус (обозначен номером 1) тягового литий-полимерного аккумулятора, литий-полимерные источники тока (обозначены номером 4) расположены в нескольких слоях теплоизоляционного материала (обозначен номером 5). Заявленная полезная модель снабжена схемой внутренних защит (обозначены номером 3), расположенных внутри корпуса, обеспечивающих защиту заявленной полезной модели от короткого замыкания по входу, по среднему току разряда, от высокого напряжения (более 16,8 В) при заряде и низкого напряжения (менее 11,2 В) при разряде.Figure 1 is a diagram of the device of the claimed utility model. Number 2 denotes the low-density sealed material with which the housing (indicated by number 1) of the traction lithium-polymer battery is filled, and lithium-polymer current sources (indicated by number 4) are located in several layers of thermal insulation material (indicated by number 5). The claimed utility model is equipped with a circuit of internal protections (indicated by number 3) located inside the housing, providing protection of the claimed utility model from a short circuit at the input, the average discharge current, from high voltage (more than 16.8 V) when charging and low voltage (less 11.2 V) during discharge.

1.5 Осуществление полезной модели1.5 Implementation of the utility model

Вторичные литиевые батареи коммерчески доступны более 15 лет. Преимущества литиевых батарей по сравнению с кислотно-свинцовыми, заключаются в высокой плотности энергии на единицу объема и единицу веса, большем количестве рабочих циклов. Так как литиевые батареи, как правило, имеют небольшие габариты и вес, именно их используют в качестве аккумуляторов для портативных электрических приборов. Недостатком литиевых батарей является их высокая стоимость по сравнению с альтернативными химическими источниками автономной энергии (свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, металлогидридные аккумуляторы), однако этот недостаток компенсируется уникальными показателями удельной емкости, которые превышают аналогичные показатели альтернативных аналогов.Secondary lithium batteries have been commercially available for over 15 years. The advantages of lithium batteries in comparison with lead-acid batteries are a high energy density per unit volume and unit weight, more cycles. Since lithium batteries, as a rule, have small dimensions and weight, they are used as batteries for portable electrical appliances. The disadvantage of lithium batteries is their high cost in comparison with alternative chemical sources of autonomous energy (lead-acid, nickel-cadmium, metal hydride batteries), however, this disadvantage is compensated by unique indicators of specific capacity, which exceed those of alternative analogues.

Наиболее часто используемыми батареями являются литий-ионные, которые содержат жидкий электролит, а также литий-полимерные, которые содержат гелеобразный электролит. Различия в составе и плотности электролитов обуславливают преимущества литий-полимерных аккумуляторов над литий-ионными: литий-полимерные аккумуляторы могут принимать более разнообразные формы (для работоспособности литий-ионных аккумуляторов необходимо поддерживать непрерывное давление внутри корпуса, для предотвращения распада жидкого электролита, что накладывает ограничения на форму и материалы внешних кожухов), вероятность вытекания электролита у них ниже, а показатели работоспособности при низких температурах выше.The most commonly used batteries are lithium-ion, which contain a liquid electrolyte, as well as lithium-polymer, which contain a gel-like electrolyte. Differences in the composition and density of electrolytes determine the advantages of lithium-polymer batteries over lithium-ion batteries: lithium-polymer batteries can take a variety of forms (for the performance of lithium-ion batteries, it is necessary to maintain continuous pressure inside the housing, to prevent the breakdown of liquid electrolyte, which imposes restrictions on the shape and materials of the outer casing), the probability of electrolyte leakage is lower, and the performance at low temperatures is higher.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, как правило, исполняются в вариантах относительно небольшой (обычно до 20 А*ч для 12 В потребителя) энергетической емкости из-за их дороговизны и применяются в устройствах, где небольшой размер аккумулятора имеет важное значение.Lithium-ion and lithium-polymer batteries, as a rule, are available in relatively small (usually up to 20 A * h for 12 V consumer) energy capacities due to their high cost and are used in devices where the small size of the battery is important.

Для задач, решение которых предполагает использование аккумуляторов большой емкости, используются, как правило, свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, металлогидридные аккумуляторы, однако они обладают низкими (относительно литий-полимерных и литий-ионных) показателями удельной энергетической емкости, что обуславливает их большие габариты и вес.For tasks, the solution of which involves the use of high-capacity batteries, lead-acid, nickel-cadmium, metal hydride batteries are used, however, they have low (with respect to lithium-polymer and lithium-ion) specific energy capacities, which leads to their large dimensions and weight.

Для создания тягового литий-полимерного аккумулятора, заявленного в качестве полезной модели, используются перезаряжаемые литий-полимерные ячейки, напряжение единичного элемента которых составляет 3,7 В. Разность потенциалов, обеспечивающая необходимое выходное электрическое напряжение, достигается последовательным соединением необходимого количества ячеек, а достижение необходимого уровня емкости достигается путем их параллельного соединения. Соединения проводятся посредством токоведущих шин. Таким образом, суммарная емкость представленной полезной модели варьируется от 60 А*ч до 120 А*ч. Каждая ячейка имеет кожух и электрическую схему защиты от короткого замыкания по входу, от высокого напряжения (более 16,8 В) при заряде и низкого напряжения (менее 11,2 В) при разряде, а также по среднему току разряда.To create a traction lithium-polymer battery, declared as a utility model, rechargeable lithium-polymer cells are used, the voltage of a single cell of which is 3.7 V. The potential difference, which provides the necessary output voltage, is achieved by series connection of the required number of cells, and the achievement of the required capacity level is achieved by parallel connection. Connections are made using live busbars. Thus, the total capacity of the presented utility model varies from 60 A * h to 120 A * h. Each cell has a casing and an electrical circuit for protecting against short circuit at the input, from high voltage (more than 16.8 V) when charging and low voltage (less than 11.2 V) during discharge, as well as by the average discharge current.

Из-за невозможности литий-полимерного электролита отдавать большие токи заявленная полезная модель может использоваться в качестве тягового, но не стартерного аккумулятора.Due to the impossibility of lithium-polymer electrolyte to give high currents, the claimed utility model can be used as a traction, but not a starter battery.

Ячейки размещены в нескольких слоях теплоизоляционного материала, за счет чего не происходит потери энергетической емкости аккумулятора при его использовании в условиях низких температур (до -20°C).The cells are placed in several layers of thermal insulation material, due to which there is no loss of energy capacity of the battery when it is used at low temperatures (up to -20 ° C).

Ячейки в обмотке теплоизоляционного материала помещены в пластиковый корпус с ручкой, габаритами 260×110×200 мм.The cells in the winding of the insulating material are placed in a plastic case with a handle, dimensions 260 × 110 × 200 mm.

Внутреннее пространство корпуса заполнено герметичным материалом низкой плотности, что позволяет обеспечить пыле- и влагозащиту соединенных между собой и обмотанных термоизоляционным материалом ячеек, а также снизить среднюю плотность заявленной полезной модели до значений, не превышающих значений плотности воды. Описанное выше решение позволяет аккумулятору оставаться на поверхности, в случае попадания в воду. А схема защиты от короткого замыкания предотвращает повреждения аккумуляторной батареи в этом случае.The internal space of the housing is filled with sealed low-density material, which allows for dust and moisture protection of cells connected to each other and wrapped with thermally insulating material, as well as reducing the average density of the claimed utility model to values not exceeding the density of water. The solution described above allows the battery to remain on the surface in case of contact with water. A short circuit protection circuit prevents damage to the battery in this case.

Общий вес конечного изделия варьируется от 3 кг до 5 кг (в зависимости от емкости и выбора тех или иных теплоизоляционных материалов для теплоизоляции ячеек и герметичных материалов для обеспечения пыле- и влагозащиты).The total weight of the final product varies from 3 kg to 5 kg (depending on the capacity and choice of various thermal insulation materials for thermal insulation of cells and sealed materials to ensure dust and moisture protection).

Проведенные испытания показывают, что аккумулятор емкостью 60 А*ч обеспечивает в течение 5 часов потребителя 12 В с нагрузкой 10 А*ч при температуре -20°C.The tests showed that the battery with a capacity of 60 A * h provides 12 V for 5 hours with a load of 10 A * h at a temperature of -20 ° C.

Проведенные испытания показывают, что аккумулятор емкостью 90 А*ч обеспечивает в течение 8 часов потребителя 12 В с нагрузкой 10 А*ч при температуре -20°C.The tests showed that the battery with a capacity of 90 A * h provides 12 V for 8 hours with a load of 10 A * h at a temperature of -20 ° C.

Протоколы испытаний подтверждают возможность практической реализации заявленной полезной модели с достижением заявленного технического результата.Test reports confirm the feasibility of practical implementation of the claimed utility model with the achievement of the claimed technical result.

Claims

1. Traction lithium-polymer battery, comprising a sealed enclosure with lithium-polymer rechargeable current sources installed therein, electrically connected to each other in series and in parallel by means of busbars.

2. The battery according to claim 1, characterized in that its total energy capacity varies from 60 Ah · h to 120 Ah.

3. The battery according to claim 1, characterized in that it is placed in a sealed plastic case with a handle with dimensions of 260 × 110 × 200 mm.

4. The battery according to claim 1, characterized in that the total weight of the battery is from 3 kg to 5 kg.

5. The battery according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the housing is filled with a sealed material of low density.

6. The battery according to claim 1, characterized in that the lithium-polymer current sources are located in several layers of thermal insulation material.

7. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with internal short circuit protection at the input.

8. The battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with internal protection for the average discharge current.

9. The battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with internal protection against high voltage (more than 16.8 V) when charging.

10. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with internal protection against low voltage (less than 11.2 V) during discharge.