RU2398315C1

RU2398315C1 - Storage battery with automatic inner heating

Info

Publication number: RU2398315C1
Application number: RU2009108372/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Калинкин (RU); Евгений Иванович Калинкин; Юрий Яковлевич Рябчук (RU); Юрий Яковлевич Рябчук; Сергей Николаевич Науменко (RU); Сергей Николаевич Науменко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Транспорт"
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. ^ SUBSTANCE: every storage battery or storage battery unit has its heating element connected to terminals of storage battery in unit thereof via contacts of thermal relay with its winding connected to terminals of storage battery or unit thereof and, thyristor with its control transition connected to terminals of pulsed transformer winding. Said transformer embraces storage battery jumper of the side of positive electrode of every storage battery or conductor connected to positive electrode of storage battery unit. Note here that power of heating element automatically cut-in with temperature inside storage batteries or unit thereof makes 8-10% of that of storage batteries in their unit. ^ EFFECT: high level of capacity in charging and discharging in operation under various conditions. ^ 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к аккумуляторам и аккумуляторным блокам и собранным из них аккумуляторным батареям различного класса, типа и конструкции со щелочным, кислотным жидким или гелевым электролитом и сепараторами AGM (с рекомбинацией газовых носителей), работающих на открытом воздухе при низких наружных температурах.The present invention relates to chemical current sources, namely, accumulators and battery packs and accumulated batteries of various classes, types and designs with alkaline, acidic liquid or gel electrolyte and AGM separators (with the recombination of gas carriers) operating outdoors in low outdoor temperatures.

Одним из серьезных недостатков практически всех перечисленных типов аккумуляторов являются их низкие электрохимические показатели - крайне низкая отдача энергии при заряде и разряде при низких наружных температурах.One of the serious drawbacks of almost all of the listed types of batteries is their low electrochemical parameters - extremely low energy return during charge and discharge at low outdoor temperatures.

Одним из наиболее известных и недорогих способов улучшения работы аккумуляторов и их блоков является установка в их корпусе нагревательных элементов с различными теплопередающими устройствами их энергии к электролиту (Патент США №2700064, кл. Н01М 45/02).One of the most well-known and inexpensive ways to improve the performance of batteries and their blocks is to install heating elements in their casing with various heat transfer devices for their energy to electrolyte (US Patent No. 2700064, class H01M 45/02).

В таких устройствах внутреннего подогрева осуществляется нагрев электролита при стоянках транспортных средств, на которых установлена батарея, и подогрев происходит только в стационарных условиях при подключении к внешнему источнику питания, что снижает его эффективность и требует затрат на работу обслуживающего персонала. Известны также устройства с большей надежностью и эффективностью нагрева, но им присущи те же вышеперечисленные недостатки (Патент России №20880009, кл. Н01М 10/50), что исключает их использование для тяговых и стационарных аккумуляторов.In such devices of internal heating, the electrolyte is heated during parking of vehicles on which the battery is installed, and heating occurs only in stationary conditions when connected to an external power source, which reduces its efficiency and requires the cost of maintenance personnel. Devices with greater reliability and heating efficiency are also known, but they have the same above-mentioned disadvantages (Russian Patent No. 20880009, class H01M 10/50), which excludes their use for traction and stationary batteries.

Исследования по поиску дешевого и эффективного способа внутреннего нагрева и анализ существующих нагревательных устройств и приборов, после их экспериментальной проверки, показал, что имеется возможность выполнить эффективный внутренний подогрев любых аккумуляторных блоков и индивидуальных аккумуляторов непосредственно за счет подключения через контакты термореле внутреннего нагревателя как для щелочных, так и кислотных аккумуляторов с напряжением 2 и 1,2 В в процессе их заряда и разряда при снижении внутренней температуры ниже -10°С.Research on finding a cheap and effective method of internal heating and analysis of existing heating devices and appliances, after their experimental verification, showed that it is possible to perform effective internal heating of any battery packs and individual batteries directly by connecting the internal heater through the contacts of the relay as alkaline, and acid batteries with a voltage of 2 and 1.2 V during their charge and discharge when the internal temperature drops below -10 ° C .

При этом мощность нагревателей составляющих 10% от мощности аккумуляторного блока или аккумулятора (вплоть до наружной температуры -50°С) обеспечивает возможность полноценного заряда и разряда в течение длительного времени, когда внутренняя температура электролита и воздуха внутри аккумулятора за счет подогрева достигает 0°С с автоматическим последующим отключением нагревателя тем же термореле, расположенном внутри корпуса блока или аккумулятора. При этом появляется возможность автоматического управления подогревом аккумуляторов (1,2; 2 В), собранных в батарею с их любым количеством.Moreover, the power of the heaters constituting 10% of the power of the battery pack or battery (up to an external temperature of -50 ° C) provides the possibility of a full charge and discharge for a long time, when the internal temperature of the electrolyte and air inside the battery due to heating reaches 0 ° C automatic subsequent shutdown of the heater by the same thermal relay located inside the case of the unit or battery. At the same time, it becomes possible to automatically control the heating of batteries (1.2; 2 V), assembled into a battery with any number of them.

Работа устройства поясняется чертежом, где показано устройство аккумуляторной батареи, собранной из индивидуальных аккумуляторов с внутренним подогревом при использовании 2 В блоков.The operation of the device is illustrated in the drawing, which shows the device of the battery assembled from individual batteries with internal heating when using 2 V blocks.

Устройство внутреннего подогрева аккумуляторов в батарее работает следующим образом.The internal battery heater in the battery operates as follows.

При снижении температуры воздуха и электролита в аккумуляторах ниже -10°С срабатывает термореле 8 и замыкает свой контакт 8' (при условии заряженности аккумуляторов).When the temperature of the air and electrolyte in the batteries drops below -10 ° C, the thermal relay 8 is activated and closes its contact 8 '(provided that the batteries are charged).

В момент включения заряда батареи от системы управления объекта, где установлена аккумуляторная батарея, от протекания тока заряда через аккумуляторы в обмотке импульсного трансформатора 5, сердечник которого охватывает соединительную перемычку каждого аккумулятора батареи со стороны его положительного вывода, возникает импульс на включение тиристора 7, который подключает нагревательный элемент 9 к электродам каждого аккумулятора батареи.At the moment the battery charge is turned on from the control system of the object where the battery is installed, from the charge current flowing through the batteries in the winding of the pulse transformer 5, the core of which covers the jumper of each battery battery from the side of its positive output, a pulse arises to turn on the thyristor 7, which connects a heating element 9 to the electrodes of each battery.

В сочетании с током заряда и выделения тепловой энергии от нагревателя через металлический радиатор начинается интенсивный нагрев воздуха и электролита внутри аккумуляторов, обеспечивая интенсивный заряд аккумуляторов батареи.In combination with the charge current and the release of thermal energy from the heater through a metal radiator, intense heating of air and electrolyte inside the batteries begins, providing an intensive charge of the battery batteries.

В зависимости от наружной температуры будет иметь место быстрый или более медленный нагрев воздуха и электролита в каждом аккумуляторе до температуры 0°С, когда произойдет отключение термореле 8 и нагревателя от электродов аккумулятора.Depending on the outside temperature, there will be a faster or slower heating of air and electrolyte in each battery to a temperature of 0 ° C, when the thermal relay 8 and the heater are disconnected from the battery electrodes.

Далее идет процесс медленного остывания электролита и воздуха до температуры -10°С независимо от текущих процессов заряда и разряда аккумуляторов.Next is the process of slow cooling of the electrolyte and air to a temperature of -10 ° C, regardless of the current processes of charging and discharging the batteries.

При длительном нахождении аккумуляторов в батарее при низких температурах без заряда при включенном нагревательном элементе отключение термореле в итоге произойдет независимо от температуры электролита за счет снижения напряжения аккумуляторов из-за их разряда: у кислотных до 1,7 В, а в щелочных - до 1 В. Таким образом, батарея будет готова к работе при следующем включении цепей управления объекта на котором она установлена.If the batteries are in the battery for a long time at low temperatures without a charge and when the heating element is on, the thermal relay will turn off as a result of the electrolyte temperature due to a decrease in battery voltage due to their discharge: in acid batteries up to 1.7 V, and in alkaline - up to 1 V Thus, the battery will be ready for operation the next time the control circuits of the facility on which it is installed are turned on.

Такой алгоритм автоматического включения нагревательных элементов действует для стартерного и тягового класса аккумуляторов.Such an algorithm for automatically switching on heating elements is valid for the starter and traction batteries.

Для стационарного класса аккумуляторов, которые работают как кратковременные резервные источники питания, для которых характерно сравнительно редкое включение на разряд и находящихся практически все остальное время в заряженном состоянии, алгоритм включения нагревательных элементов отличается от описанного тем, что включение нагревателя происходит в момент перехода тока на разряд, т.е. тиристор 7 включается от тока в обратном направлении (I разр.)For the stationary class of batteries, which operate as short-term backup power sources, which are characterized by a relatively rare inclusion on the discharge and which are almost the rest of the time in a charged state, the algorithm for switching on the heating elements differs from that described in that the heater is turned on when the current switches to discharge , i.e. thyristor 7 is turned on from the current in the opposite direction (I bit)

Разработанное устройство прошло длительные испытания на разных типах аккумуляторов, собранных в батареи различной мощности, и показало надежную и эффективную работу при низких наружных температурах (до -50°С), значительно увеличивая отдачу по емкости (в несколько раз) при увеличении расхода электроэнергии на 5-10% при увеличении стоимости на 5-8%, являясь универсальным для всех типов и классов аккумуляторов, увеличивая, кроме того, качество работы электропотребителей и надежность работы объектов при низких наружных температурах и срок службы самих аккумуляторов.The developed device has undergone lengthy tests on different types of batteries assembled in batteries of various capacities, and has shown reliable and efficient operation at low outdoor temperatures (up to -50 ° C), significantly increasing the capacity return (several times) with an increase in power consumption by 5 -10% with an increase in cost by 5-8%, being universal for all types and classes of batteries, increasing, in addition, the quality of work of electric consumers and the reliability of objects at low outdoor temperatures and service life s batteries themselves.

Claims

A battery with automatic internal heating, containing in each battery a block of dissimilar electrodes with separators and an electric heating element, characterized in that the heating element located inside each battery is connected to the terminals of its battery via thermorelay and thyristor connected in series, the control transition of which is connected to the winding pulse transformer, the core of which covers the jumper of each battery in the battery from its positive terminal, and the thermostat winding is connected to the battery terminals.