RU195212U1 - Аккумуляторная батарея космического аппарата - Google Patents

Аккумуляторная батарея космического аппарата Download PDF

Info

Publication number
RU195212U1
RU195212U1 RU2019133246U RU2019133246U RU195212U1 RU 195212 U1 RU195212 U1 RU 195212U1 RU 2019133246 U RU2019133246 U RU 2019133246U RU 2019133246 U RU2019133246 U RU 2019133246U RU 195212 U1 RU195212 U1 RU 195212U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
battery modules
batteries
row
modules
Prior art date
Application number
RU2019133246U
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Иванович Груздев
Дмитрий Юрьевич Носов
Сергей Владимирович Обидин
Евгений Олегович Лебедев
Александр Васильевич Кузовков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" им. А.Г. Иосифьяна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" им. А.Г. Иосифьяна filed Critical Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" им. А.Г. Иосифьяна
Priority to RU2019133246U priority Critical patent/RU195212U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU195212U1 publication Critical patent/RU195212U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Использование: при изготовлении аккумуляторных батарей, в частности батарей на основе литий-ионных аккумуляторов для космических аппаратов.Сущность полезной модели:Батарея состоит из аккумуляторных модулей, установленных в два ряда и электрически соединенных последовательно. Модули построены на базе единичных аккумуляторов (или двух подключенных последовательно аккумуляторов), соединенных параллельно.Для уменьшения магнитного момента, возникающего при протекании тока электрические цепи батареи выполнены таким образом, что замкнутые контуры токов, протекающих в соединительных шинах и аккумуляторных модулях, создают равные по величине, но противоположно направленные (скомпенсированные) магнитные моменты в контурах соседних аккумуляторных модулей, расположенных в одном ряду, и контурах смежных аккумуляторных модулей, расположенных в разных рядах, при этом в последовательную цепь соединяются сначала аккумуляторные модули, создающие магнитный момент одного направления поочередно из первого и второго ряда, а потом аккумуляторные модули, создающие магнитный момент противоположного направления также поочередно из первого и второго ряда.

Description

Полезная модель относится к конструкции аккумуляторной батареи для системы электроснабжения околоземных малых космических аппаратов.
Известна аккумуляторная батарея [патент РФ 2667905], включающая установленные на плите-основании два аккумуляторных модуля, состоящие из цилиндрических аккумуляторов, имеющих одноразовый встроенный элемент защиты, разрывающий внутреннюю электрическую цепь при повышении его внутреннего давления. В каждом модуле аккумуляторы электрически сначала соединяются парами последовательно, а затем пары подключаются по параллельно-последовательной схеме. Конструктивно модули выполнены в виде изготовленных из алюминиевого сплава двух параллельных друг другу оксидированных пластин-держателей, имеющих сквозные цилиндрические отверстия, в которые установлены с гарантированным зазором и закреплены с помощью клея аккумуляторы. С внешней стороны одной из пластин-держателей размещены токопроводящие перемычки, соединяющие пары аккумуляторов последовательно. С внешней стороны второй пластины-держателя размещены токосборные шины, соединяющие с использованием сварки пары аккумуляторов параллельно или параллельно-последовательно. Модули электрически соединены между собой параллельно и выведены электрическими жгутами на электрический соединитель).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является аккумуляторная батарея [патент РФ на полезную модель №178488], содержащая аккумуляторные модули, соединенные электрически последовательно. Каждый аккумуляторный модуль включает в себя несколько расположенных параллельно оси модуля цилиндрических аккумуляторов, соединенных между собой электрически параллельно с помощью размещенных рядом с их торцами токосборных шин.
В аккумуляторной батарее, изготовленной с использованием данного патента на полезную модель, для обеспечения в ней равномерного температурного поля в каждом аккумуляторном модуле дополнительно предусмотрен металлический радиатор, обеспечивающий кондуктивный теплообмен между аккумуляторами и основанием, от которого он отделен теплопроводящей (1,2 Вт/м⋅К) электроизоляционной прокладкой 5. Аккумуляторы своей центральной частью закреплены в отверстия радиаторов с помощью теплопроводящего электроизоляционного клея. [Вопросы электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. Приложение за 2017 г. Материалы докладов Пятой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли». - с. 202-206.].
Недостатком известных батарей для использования в системе электроснабжения околоземного малого космического аппарата является появления при ее заряде или разряде магнитного момента, который при взаимодействии с магнитным полем Земли создает не контролируемый возмущающий вращательный момент, влияющий на движение космического аппарата по орбите.
Задачей настоящей полезной модели является создание аккумуляторной батареи на основе цилиндрических литий-ионных аккумуляторов для малых космических аппаратов, в которой обеспечивается в течение всего срока его активного существования снижение магнитного момента до значений, не влияющих на движение космического аппарата по околоземной орбите.
Указанных технический результат достигается тем, что:
1. В аккумуляторной батарее, состоящей из подключенных в последовательную цепь с помощью соединительных шин четного количества N аккумуляторных модулей (где N≥4), образованных соединенными аккумуляторами и имеющих конструкционные элементы (радиаторы) для отвода кондуктивным способом выделяющегося в аккумуляторах тепла, отличающаяся тем, что аккумуляторные модули установлены в два ряда, а электрические цепи батареи выполнены таким образом, что замкнутые контура токов, протекающих в соединительных шинах и аккумуляторных модулях создают равные по величине, но противоположно направленные (скомпенсированные) магнитные моменты в контурах соседних аккумуляторных модулей, расположенных в одном ряду, и контурах смежных аккумуляторных модулей, расположенных в разных рядах, при этом в последовательную цепь соединяются сначала аккумуляторные модули, создающие магнитный момент одного направления поочередно из первого и второго ряда, а потом аккумуляторные модули, создающие магнитный момент противоположного направления также поочередно из первого и второго ряда.
2. В батарее аккумуляторные модули (где N≥4) образованы параллельно соединенными с помощью токосборных шин аккумуляторами или подключенными последовательно с помощью перемычек парами аккумуляторов.
3. В батарее в последовательную цепь соединяются сначала аккумуляторные модули, находящиеся в первом ряду, а затем аккумуляторные модули, находящиеся во втором ряду.
4. В батарее аккумуляторные модули одного ряда имеют общие конструкционные элементы (радиаторы) для отвода выделяющегося в аккумуляторах тепла.
5. В батарее радиаторы выполнены в виде двух параллельных друг другу металлических пластин-держателей, имеющих сквозные цилиндрические отверстия, между которыми установлены и закреплены в отверстиях аккумуляторы.
6. В батарее аккумуляторы установлены в пластинах-держателях с помощью электроизолирующих теплопроводящих втулок и электрически соединены с помощью размещенных с внешней стороны пластин-держателей токосборных шин, соединяющих аккумуляторы параллельно или параллельно-последовательно, и токопроводящих шин, соединяющих аккумуляторы последовательно.
7. В батарее каждом ряду аккумуляторные модули с противоположным направлением магнитного момента размещены в двух ярусах и расположены один над другим.
Пример выполнения аккумуляторной батареи.
Аккумуляторная батарея состоит из 192 цилиндрических аккумуляторов 1 в электрической конфигурации 2S24P4S. Ее структурная электрическая схема приведена на фиг. 1. Конструктивно батарея состоит из расположенных в два ряда 2 и 3 аккумуляторных модулей 4-7. Каждый аккумуляторный модуль 4-7 образован параллельным соединением двадцати четырех пар аккумуляторов, соединенных между собой последовательно перемычками 8. Аккумуляторные модули соединены шинами 9 в последовательную цепь в следующей очередности 4-7-5-6. Расположение аккумуляторов в модулях таково, что при протекании тока в аккумуляторных модулях 4 и 7 возникают магнитные моменты, направление которых противоположно направлению магнитных моментов, создаваемых в аккумуляторных модулях 5 и 6.
Конструкция батареи приведена на фиг. 2, 3, 4, 5. Аккумуляторные модули 4-7 размещены на плите-основание 10 в два ряда 2 и 3 (фиг. 3). Каждый аккумуляторный модуль 4-7 имеет выполняющие роль радиатора изготовленные из алюминиевого сплава две параллельные друг другу оксидированные пластины-держателя 11 и 12, имеющие сквозные цилиндрические отверстия, в которые установлены с гарантированным зазором и закреплены с помощью клея аккумуляторы 1.
С внешней стороны пластин-держателей 11 размещены токопроводящие перемычки 8, соединяющие пары аккумуляторов 1 последовательно.
С внешней стороны пластин-держателей 12 размещены токосборные шины (+) 13 и (-) 14, соединяющие пары аккумуляторов 1 в пакетах 4…7 параллельно. Соединение аккумуляторов 1 с токосборными шинами 13 и 14 и токопроводящими перемычками 8 производится с использованием сварки.
Аккумуляторные модули 4 и 5 имеют общие пластины-держатели 11 и 12 и установлены на плите-основание 10 в два яруса один над другим (фиг. 4).
Аналогично аккумуляторные модули 6 и 7 также имеют общие пластины-держатели 11 и 12 и установлены на плите-основание 10 в два яруса один над другим (фиг. 5)
Токосборные шины (+) 13 и (-) 14 в каждом аккумуляторном модуле 4-7 объединены между собой с помощью соответствующих соединительных шин 9, которые соединяют аккумуляторные модули в последовательности 4-7-5-6. Оконечные соединительные шины затем выводятся электрическими жгутами на электрический соединитель, для подключения батареи к внешним устройствам (на фиг. 2-5 условно не показаны).
Данная конструкция батареи позволяет обеспечить достижение необходимого технического эффекта - существенного снижения магнитного момента во всех режимах работы батареи за счет взаимной компенсации магнитных моментов создаваемых в аккумуляторных модулях 4-7.
Достижение положительного технического результата при работе батареи в режиме заряда поясняется фигурами 6-9. На фиг. 6 и 7 показаны площади проекции на плоскость XY контуров и направления протекания тока при заряде батареи в нижнем ярусе батареи (аккумуляторных модулях 4, 6) и в верхнем ярусе батареи (аккумуляторных модулях 5, 7), соответственно. Площади контуров токов S1 - S4 равны между собой (с точностью, определяемой отклонениями в размерах конструкционных элементов батареи). Учитывая последовательное соединение аккумуляторных модулей и, соответственно, одинаковую величину протекающего через них тока, магнитные моменты, создаваемые контурами S1 и S4 и направленные по оси Z, равны по величине и компенсируют магнитные моменты, создаваемые контурами S2 и S3 и направленные в обратном направлении. При этом компенсация магнитных моментов происходит в аккумуляторных модулях одного яруса первого 2 и второго 3 рядов, так и в каждом ряду в аккумуляторных модулях верхнего и нижнего яруса.
На фиг. 8 показаны направление протекания токов при заряде батареи в плоскости XZ в аккумуляторных модулях 4 и 5 (верхний рисунок) и в аккумуляторных модулях 6 и 7 (нижний рисунок). При работе батареи в этой плоскости также образуются два разнонаправленных контура протекания тока одинаковой площади, магнитные моменты которых также взаимно компенсируются.
На фиг. 9 показаны площади проекции на плоскость YZ контуров и направления протекания тока в шинах батареи при ее заряде S5 и S6 (токи, протекающие в аккумуляторах условно не показаны, так как площадь проекции контуров каждой пары аккумуляторов равна нулю). При работе батареи в этой плоскости также образуются два разнонаправленных контура протекания тока одинаковой площади S5 и S6, магнитные моменты которых также взаимно компенсируются.
Таким образом, проведенный анализ показывает, что суммарный магнитный момент, создаваемый при заряде батареи практически равен нулю. Аналогично, при разряде батареи направления протекания тока изменятся на противоположные, но создаваемые ими результирующие магнитные моменты останутся скомпенсированными, так как через все аккумуляторные модули протекает один и тот же ток.
По этой же причине в процессе эксплуатации батареи при старении и отказах аккумуляторов, приводящих к изменению емкость батареи и, соответственно, величины ее рабочих токов, создаваемые в аккумуляторных модулях магнитные моменты во всех плоскостях останутся скомпенсированными, а результирующий магнитный момент близким к нулю.
Все перечисленные в описании признаки непосредственно влияют на достижение указанного технического результата посредством предложенной схемы размещения и соединения аккумуляторных модулей. Размещение в два ряда и последовательное поочередное соединение аккумуляторных модулей с взаимно компенсирующими друг друга магнитными моментами при протекании тока в батарее является существенным признаком с альтернативными элементами, направленными на достижение технического результата полезной модели: минимизация магнитного момента батареи в течение всего срока ее эксплуатации, в том числе и в условиях отказов отдельных аккумуляторов.

Claims (7)

1. Аккумуляторная батарея, состоящая из подключенных в последовательную цепь с помощью соединительных шин четного количества N аккумуляторных модулей (где N≥4), образованных соединенными аккумуляторами и имеющих конструкционные элементы- радиаторы для отвода выделяющегося в аккумуляторах тепла кондуктивным способом на основание, на котором установлены аккумуляторные модули, отличающаяся тем, что аккумуляторные модули установлены в два ряда, а электрические цепи батареи выполнены таким образом, что замкнутые контуры токов, протекающих в соединительных шинах и аккумуляторных модулях, создают равные по величине, но противоположно направленные скомпенсированные магнитные моменты в контурах соседних аккумуляторных модулей, расположенных в одном ряду, и контурах смежных аккумуляторных модулей, расположенных в разных рядах, при этом в последовательную цепь соединяются сначала аккумуляторные модули, создающие магнитный момент одного направления поочередно из первого и второго ряда, а потом аккумуляторные модули, создающие магнитный момент противоположного направления также поочередно из первого и второго ряда.
2. Аккумуляторная батарея по п. 1, отличающаяся тем, что аккумуляторные модули (где N≥4) образованы параллельно соединенными с помощью токосборных шин аккумуляторами или подключенными последовательно с помощью перемычек парами аккумуляторов.
3. Батарея по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в последовательную цепь соединяются сначала аккумуляторные модули, находящиеся в первом ряду, а затем аккумуляторные модули, находящиеся во втором ряду.
4. Батарея по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что аккумуляторные модули одного ряда имеют общие конструкционные элементы - радиаторы для отвода выделяющегося в аккумуляторах тепла.
5. Батарея по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что радиаторы выполнены в виде двух параллельных друг другу металлических пластин-держателей, имеющих сквозные цилиндрические отверстия, между которыми установлены и закреплены в отверстиях аккумуляторы.
6. Батарея по п. 5, отличающаяся тем, что аккумуляторы установлены в пластинах-держателях с помощью электроизолирующих теплопроводящих втулок и электрически соединены с помощью размещенных с внешней стороны пластин-держателей токосборных шин, соединяющих аккумуляторы параллельно или параллельно-последовательно, и токопроводящих шин, соединяющих аккумуляторы последовательно.
7. Батарея по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в каждом ряду аккумуляторные модули с противоположным направлением магнитного момента размещены в двух ярусах и расположены один над другим.
RU2019133246U 2019-10-21 2019-10-21 Аккумуляторная батарея космического аппарата RU195212U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133246U RU195212U1 (ru) 2019-10-21 2019-10-21 Аккумуляторная батарея космического аппарата

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133246U RU195212U1 (ru) 2019-10-21 2019-10-21 Аккумуляторная батарея космического аппарата

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU195212U1 true RU195212U1 (ru) 2020-01-17

Family

ID=69167426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133246U RU195212U1 (ru) 2019-10-21 2019-10-21 Аккумуляторная батарея космического аппарата

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU195212U1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103492219A (zh) * 2011-04-21 2014-01-01 日产自动车株式会社 扭矩控制装置以及非接触充电系统
KR20140091362A (ko) * 2013-01-11 2014-07-21 주식회사 에스엔파워콤 무선충전용 수신코일과 엔에프씨 안테나가 배터리에 함께 설치된 무선충전 배터리 모듈
RU2575862C2 (ru) * 2011-05-13 2016-02-20 Энердел, Инк. Система аккумулирования энергии+
RU178488U1 (ru) * 2017-09-01 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Аккумуляторная батарея космического аппарата
RU183731U1 (ru) * 2018-02-20 2018-10-02 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "ЭПРО" (АО "НПП "ЭПРО") Устройство для высокочастотного преобразования напряжения на элементах аккумуляторной батареи
RU2669905C1 (ru) * 2016-12-19 2018-10-16 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Транспортное средство

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103492219A (zh) * 2011-04-21 2014-01-01 日产自动车株式会社 扭矩控制装置以及非接触充电系统
RU2575862C2 (ru) * 2011-05-13 2016-02-20 Энердел, Инк. Система аккумулирования энергии+
KR20140091362A (ko) * 2013-01-11 2014-07-21 주식회사 에스엔파워콤 무선충전용 수신코일과 엔에프씨 안테나가 배터리에 함께 설치된 무선충전 배터리 모듈
RU2669905C1 (ru) * 2016-12-19 2018-10-16 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Транспортное средство
RU178488U1 (ru) * 2017-09-01 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Аккумуляторная батарея космического аппарата
RU183731U1 (ru) * 2018-02-20 2018-10-02 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "ЭПРО" (АО "НПП "ЭПРО") Устройство для высокочастотного преобразования напряжения на элементах аккумуляторной батареи

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104979503B (zh) 电池组和电池操作系统
WO2019132291A1 (ko) 공간 활용성과 안전성이 향상된 원통형 전지셀 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈
JP5501763B2 (ja) 等分配型母線、及びそれを使用する中または大型バッテリーパック
CN110140233A (zh) 电池系统及包括其的车辆
US20130260191A1 (en) Battery Pack and Battery System
CN208127289U (zh) 电池包、托架
WO2013080136A1 (en) A battery module
US20170222207A1 (en) Battery Cell Connector, Interconnect Board And Battery Block System
EP3796460A1 (en) Battery pack
KR20120135883A (ko) 교환가능한 셀 요소를 갖는 모듈형 배터리
JP7318102B2 (ja) 上部冷却方式バッテリーパック
JP7305025B2 (ja) バッテリーモジュールの機械的固定構造と電気的固定構造とを統合したバッテリーパック
WO2018128250A1 (en) Battery module with thermocouple unit
WO2018080177A1 (ko) 전지 시스템 용 버스바 및 이를 포함하는 전지 시스템
RU195212U1 (ru) Аккумуляторная батарея космического аппарата
CN102324476A (zh) 一种动力锂离子电池组
KR20120105467A (ko) 전력 전지 및 전기 에너지 장치
CN211828986U (zh) 电池箱
CN203218362U (zh) 电池连接装置以及应用该电池连接装置的电池组件
CN217544711U (zh) 一种模块化bms电池保护装置
RU2732070C1 (ru) Модуль литий-ионной аккумуляторной батареи
CN103280548A (zh) 电池连接装置以及应用该电池连接装置的电池组件
RU2746262C1 (ru) Аккумуляторная сборка и способ ее изготовления
RU178488U1 (ru) Аккумуляторная батарея космического аппарата
CN112117424A (zh) 单体电池、动力电池包和车辆