RU195859U1 - Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока - Google Patents

Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока Download PDF

Info

Publication number
RU195859U1
RU195859U1 RU2018147362U RU2018147362U RU195859U1 RU 195859 U1 RU195859 U1 RU 195859U1 RU 2018147362 U RU2018147362 U RU 2018147362U RU 2018147362 U RU2018147362 U RU 2018147362U RU 195859 U1 RU195859 U1 RU 195859U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
coolant
tank
current source
chemical current
Prior art date
Application number
RU2018147362U
Other languages
English (en)
Inventor
Василий Юрьевич Захаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018147362U priority Critical patent/RU195859U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU195859U1 publication Critical patent/RU195859U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00—Measuring quantity of heat
    • G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • H01M10/652—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations characterised by gradients
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к теплотехнике и может найти преимущественное применение при экспериментальных исследованиях и моделировании тепловых процессов, протекающих при проведении масштабных испытаний химических источников тока, размещаемых в фортификационных сооружениях объектов РВСН.Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока содержит теплоизолированную герметичную емкость, через которую прокачивается теплоноситель, с возможностью размещения в ней химического источника тока (ХИТ). В процессе заряда или разряда ХИТ выделяет тепло, которое передается теплоносителю. При этом расход теплоносителя, поступающего в емкость, измеряется на входе, а температура на входе и выходе емкости.Для повышения точности измерений в дно емкости встроены вертикальные опоры, на которых устанавливается ХИТ, благодаря этому теплоноситель свободно омывает все стенки ХИТ, включая нижнюю.Технический результат: повышение надежности конструкции, повышение точности измерения мощности тепловыделения химического источника тока за счет съема тепла со всей площади поверхности ХИТ.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к теплотехнике и может найти преимущественное применение при экспериментальных исследованиях и моделировании тепловых процессов, протекающих при проведении масштабных испытаний химических источников тока (ХИТ), размещаемых в фортификационных сооружениях объектов Ракетных войск стратегического назначения (РВСН).
Сущность: устройство содержит теплоизолированную герметичную емкость, через которую прокачивается теплоноситель, с возможностью размещения в ней химического источника тока. В процессе заряда или разряда ХИТ выделяет тепло, которое передается теплоносителю. При этом расход теплоносителя, поступающего в емкость, измеряется на входе, а температура на входе и выходе емкости. Зная расход теплоносителя, и разность температур на входе и выходе емкости, можно определить мощность тепловыделения химического источника тока. Для повышения точности измерений в дно емкости встроены вертикальные опоры, на которых устанавливается ХИТ, благодаря этому теплоноситель свободно омывает все стенки ХИТ, включая нижнюю.
Технический результат: повышение надежности конструкции, повышение точности измерения мощности тепловыделения химического источника тока за счет съема тепла со всей площади поверхности ХИТ.
Известно устройство аналогичного назначения, смотри патент на полезную модель №104383 H01L 35/28. Устройство содержит теплопроводник, который своей одной плоскостью находится в тепловом контакте с первыми датчиками температуры и большими гранями m тепловых концентраторов, выполненных в виде призм и имеющих в сечении форму равнобокой трапеции, а противоположные им малые грани - в тепловом контакте со вторыми m датчиками температуры и плоскостями m термоэлементов, противоположные плоскости которых находятся в тепловом контакте с плоскостью теплообменника, по которому прокачивается технологический теплоноситель. Для уменьшения теплового сопротивления контакт обеспечивается слоем теплопроводного вещества, а для исключения обратного перетекания тепла пространство между теплопроводником и теплообменником заполнено теплоизолирующим веществом. Другая плоскость теплопроводника находится в тепловом контакте с теплопроводной плитой аккумуляторной батареи. Выходы датчиков температуры присоединены ко входам m элементов сравнения. Выходы элементов сравнения присоединены к первым входам коммутатора, первый выход коммутатора присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход АЦП присоединен к шине данных электронно-вычислительной машины (ЭВМ), ко входу цифроаналогового преобразователя (ЦАП), к управляющим входам АЦП, ЦАП и коммутатора, m аналоговых выходов которого присоединены ко входам усилителей мощности, в нагрузку которых включены m соответствующих термоэлетрических элементов (ТЭ).
Недостатки указанного аналога состоят в том, что устройство имеет неудовлетворительную точность измерения мощности теплового потока, ввиду учета тепла, выделяемого только с вертикальной площади поверхности ХИТ.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является патент на изобретение №2472258 H01M 10/50, G01K 17/00 принятый за прототип. Устройство содержит тепловой концентратор, два датчика температуры, один из которых находится в тепловом контакте с поверхностью термоэлемента, противоположная поверхность которого находится в тепловом контакте с плоскостью теплообменника, второй датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с аккумулятором, причем выходы датчиков присоединены ко входу блока сравнения, выход блока сравнения присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя, его выход к шине данных электронной вычислительной машины, выходы которой подключены ко входу цифроаналогового преобразователя и к управляющим входам аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей, выход цифроаналогового преобразователя присоединен ко входу усилителя мощности, в нагрузку которого включен термоэлемент.
Недостатками указанного прототипа является:
Недостатки указанного аналога состоят в том, что устройство имеет неудовлетворительную точность измерения мощности теплового потока, ввиду учета тепла, выделяемого только с вертикальной площади поверхности ХИТ, сложные электронные элементы в своем составе, понижающие надежность устройства.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель это упрощение и повышение надежности конструкции, повышение точности измерения тепловыделений химических источников тока за счет снятия тепла со всей площади поверхности ХИТ, что позволит корректно смоделировать тепловые процессы, протекающие при проведении масштабных испытаний ХИТ, размещаемых в фортификационных сооружениях объектов РВСН.
Заявляемая полезная модель, отличается тем, что содержит емкость с вертикальными опорами, встроенными в дно с возможностью размещения на них химического источника тока, входную группу, состоящую из встроенных обратного клапана, датчика расхода и датчика измерения температуры теплоносителя, выходную группу, состоящую из встроенных обратного клапана и датчика измерения температуры теплоносителя, соединенную с емкостью неразъемными петлями с вмонтированными в ее корпус зарядным и нагрузочным устройствами, содержащими токовыводы, с возможностью их соединения с клеммами химического источника тока.
Физическая осуществимость устройства основана на измерении расхода теплоносителя, начальной и конечной температуры теплоносителя на входе и выходе из емкости с последующим расчетом мощности тепловыделения ХИТ.
Для измерения теплового потока, отводимого от ХИТ в окружающую среду, он помещен в теплоизолированную емкость, таким образом, что между стенками емкости и ХИТ имеется свободное пространство, заполненное теплоносителем, воспринимающим выделяющуюся при циклировании теплоту со всей площади поверхности ХИТ.
Для определения мощности тепловыделения ХИТ используем уравнение баланса энергии, представленное в виде:
Figure 00000001
где Qa - теплота, отдаваемая ХИТ, Дж; QT - теплота, воспринимаемая теплоносителем в емкости; QK - теплота, воспринимаемая стенками емкости.
Устройство емкости позволяет пренебречь теплотой QK ввиду ее малости по сравнению с QT, поэтому принимаем
Figure 00000002
Теплоту Q можно представить в виде
Figure 00000003
где mT - масса теплоносителя в емкости кг; cT - теплоемкость теплоносителя.
4,176*103 Дж/(кг*K); ΔtT - подогрев теплоносителя в емкости, °С.
Мощность теплового потока W, отдаваемого ХИТ в емкость, рассчитывается по формуле
Figure 00000004
здесь mT=LT ρ, где LT - расход теплоносителя, ρ - удельный вес теплоносителя.
Чтобы выразить мощность тепловыделений в Вт, существует хорошо известная формула:
Figure 00000005
Здесь:
W - отводимые избытки тепла (мощность теплового потока) Вт;
tвых - температура теплоносителя на выходе из емкости °С;
tвх - температура теплоносителя на входе емкости °С;
ρ - удельный вес теплоносителя кг/м3;
С - теплоемкость теплоносителя Дж/кг град;
LT - расход теплоносителя. м3/сек.
Таким образом, для того чтобы вычислить мощность теплового потока, необходимо измерить расход теплоносителя, его температуру на входе и выходе емкости, время нагрева tC, в процессах заряда и разряда ХИТ.
Устройство работает следующим образом. В процессе заряда или разряда, химический источник тока 1, помещенный в емкость 2 на опоры 3, выделяет тепло, которое передается теплоносителю 4, поступающего в емкость через обратный клапан 5, при этом температура теплоносителя непрерывно измеряется на входе датчиком 7, и на выходе через обратный клапан 6 датчиком температуры 8. Также на входе в емкость измеряется расход теплоносителя датчик расхода 9. На емкость 3 устанавливается герметичная крышка 10, емкость и крышка соединены неразъемными петлями, закрепленными на корпусах болтовым соединением, в корпус крышки встроены зарядное устройство 11 и нагрузочное устройство 12 с токовыводами 13, которые соединяются с выводами химического источника тока 14. В зависимости от режима, заряд или разряд, в цепь ХИТ подключается зарядное устройство или нагрузочное устройство. В процессе циклирования измеряются расход теплоносителя, температура на входе и выходе, напряжение на клеммах ХИТ и сила тока. На основании полученных данных вычисляется мощность тепловыделения ХИТ в зависимости от изменения силы тока и напряжения.
Заявляемое устройство в отличии от прототипа, позволяет повысить надежность конструкции за счет ее упрощения с применением только аналоговых элементов, что позволит проводить испытания в полевых условиях, а также повысить точность измерений мощности тепловыделения химического источника тока за счет учета тепла, выделяемого со всей площади поверхности ХИТ, что позволит корректно смоделировать тепловые процессы, протекающие при проведении масштабных испытаний химических источников тока, размещаемых в фортификационных сооружениях объектов РВСН.

Claims (4)

1. Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока, содержащее датчики для измерения температуры, отличающееся тем, что устройство содержит емкость, встроенные в дно емкости опоры с возможностью размещения на них химического источника тока, встроенные в стенки емкости обратные клапаны для входа и выхода теплоносителя, встроенный датчик расхода теплоносителя и два встроенных датчика измерения температуры на входе и выходе теплоносителя, крышку, соединенную с емкостью неразъемными петлями с вмонтированными в ее корпус зарядным и нагрузочным устройствами, содержащими токовыводы, с возможностью их соединения с выводами химического источника тока.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что емкость может быть выполнена из теплоизоляционного материала.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренние стенки емкости покрыты слоем теплоотражающего материала.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя могут быть использованы жидкость или газ.
RU2018147362U 2018-12-27 2018-12-27 Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока RU195859U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147362U RU195859U1 (ru) 2018-12-27 2018-12-27 Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147362U RU195859U1 (ru) 2018-12-27 2018-12-27 Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU195859U1 true RU195859U1 (ru) 2020-02-07

Family

ID=69416181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147362U RU195859U1 (ru) 2018-12-27 2018-12-27 Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU195859U1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2371361C2 (ru) * 2007-06-13 2009-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе космического аппарата негерметичного исполнения с радиационным охлаждением и космический аппарат для его реализации
RU2472258C1 (ru) * 2011-08-05 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Устройство для регулирования теплового режима аккумулятора и измерения мощности его тепловыделения
CN106596163A (zh) * 2017-01-24 2017-04-26 天津城建大学 供暖设备散热性能测试综合实验系统
JP2017174533A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 福島工業株式会社 環境性能評価装置
RU2650436C1 (ru) * 2016-11-10 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Способ определения тепловыделений от химических источников тока

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2371361C2 (ru) * 2007-06-13 2009-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе космического аппарата негерметичного исполнения с радиационным охлаждением и космический аппарат для его реализации
RU2472258C1 (ru) * 2011-08-05 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Устройство для регулирования теплового режима аккумулятора и измерения мощности его тепловыделения
JP2017174533A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 福島工業株式会社 環境性能評価装置
RU2650436C1 (ru) * 2016-11-10 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Способ определения тепловыделений от химических источников тока
CN106596163A (zh) * 2017-01-24 2017-04-26 天津城建大学 供暖设备散热性能测试综合实验系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Thermal performance predictions for an HFE-7000 direct flow boiling cooled battery thermal management system for electric vehicles
Zhang et al. Design and optimization of a hybrid battery thermal management system for electric vehicle based on surrogate model
Mehrabi-Kermani et al. A novel hybrid thermal management for Li-ion batteries using phase change materials embedded in copper foams combined with forced-air convection
De Vita et al. Transient thermal analysis of a lithium-ion battery pack comparing different cooling solutions for automotive applications
Weng et al. Optimization of the detailed factors in a phase-change-material module for battery thermal management
Drake et al. Measurement of anisotropic thermophysical properties of cylindrical Li-ion cells
Gümüşsu et al. 3-D CFD modeling and experimental testing of thermal behavior of a Li-Ion battery
Wang et al. Numerical optimization of the cooling effect of the bionic spider-web channel cold plate on a pouch lithium-ion battery
Troxler et al. The effect of thermal gradients on the performance of lithium-ion batteries
Singh et al. Development and prototype testing of MgCl2/graphite foam latent heat thermal energy storage system
Dong et al. Investigation and optimization on cooling performance of a novel double helix structure for cylindrical lithium-ion batteries
Wang et al. Heat generation measurement and thermal management with phase change material based on heat flux for high specific energy power battery
CN103412592B (zh) 一种惯性测量系统三级温控系统
Xin et al. Experimental and numerical study of lithium-ion battery thermal management system using composite phase change material and liquid cooling
Xiao et al. Finite element model for charge and discharge cycle of activated carbon hydrogen storage
WO2020207228A1 (zh) 一种基于反馈控制的电动汽车电池冷板测试系统
Liu et al. Single-phase static immersion cooling for cylindrical lithium-ion battery module
CN113432760B (zh) 一种基于功率补偿法的电池等温量热仪及其基线修正方法
Hou et al. An equivalent circuit model for battery thermal management system using phase change material and liquid cooling coupling
Fan et al. Investigation on heat transfer enhancement of phase change material for battery thermal energy storage system based on composite triply periodic minimal surface
RU195859U1 (ru) Устройство для измерения мощности тепловыделения химического источника тока
Kim et al. Cooling performance of thermal management system for lithium-ion batteries using two types of cold plate: Experiment and MATLAB/Simulink-Simscape simulation
Kumar et al. An inverse methodology to estimate the thermal properties and heat generation of a Li-ion battery
Wu et al. Measurement of thermophysical parameters and thermal modeling of 21,700 cylindrical battery
Ren et al. Phase-change cooling of lithium-ion battery using parallel mini-channels cold plate with varying flow rate

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20201228