RU2472258C1 - Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power - Google Patents
Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472258C1 RU2472258C1 RU2011133158/28A RU2011133158A RU2472258C1 RU 2472258 C1 RU2472258 C1 RU 2472258C1 RU 2011133158/28 A RU2011133158/28 A RU 2011133158/28A RU 2011133158 A RU2011133158 A RU 2011133158A RU 2472258 C1 RU2472258 C1 RU 2472258C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- temperature
- battery
- digital
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к теплотехнике и может найти преимущественное применение при экспериментальных исследованиях теплоэнергетического режима отдельного аккумулятора аккумуляторной батареи космического аппарата.The present invention relates to heat engineering and may find primary use in experimental studies of the heat and power regime of a single battery of a spacecraft storage battery.
Известны устройства аналогичного назначения, смотри патент РФ №2100876, МПК H01L 35/28. Устройство содержит термобатарею, состоящую из m термоэлементов, работающих на принципе эффекта Пельтье, скомпонованных в две параллельные размещенные последовательно по потоку теплоносителя линии, между линиями размещен короб для технологического теплоносителя, с внешней стороны каждой линии размещены коробы с сотовым заполнителем для усиления теплообмена с рабочим теплоносителем (воздухом), а для регулирования режима термоэлектрической батареи ее комплектуют регулятором температуры, состоящим из датчика температуры, блока сравнения, усилителя, регулирующего органа и многоканального распределителя, обеспечивающего оптимальное значение тока для каждого термоэлемента (ТЭ).Known devices for a similar purpose, see RF patent No. 2100876, IPC H01L 35/28. The device contains a thermopile consisting of m thermocouples operating on the principle of the Peltier effect, arranged in two parallel lines arranged sequentially along the flow of the heat carrier, a box for the process heat carrier is placed between the lines, boxes with a honeycomb core are placed on the outside of each line to enhance heat exchange with the working heat carrier (by air), and to regulate the thermoelectric battery, it is equipped with a temperature controller, consisting of a temperature sensor, a unit amplifier, regulatory body and multi-channel distributor, providing the optimal current value for each thermocouple (FC).
Недостатки аналога в том, что он направлен на оптимизацию режима работы термоэлемента, а не на измерение мощности тепловыделения (или поглощения, - термоэлементы обратимы). Звенья, реализующие последнюю, в аналоге отсутствуют.The disadvantages of the analogue are that it is aimed at optimizing the operating mode of the thermocouple, and not at measuring the power of heat generation (or absorption, the thermocouples are reversible). Links implementing the latter are absent in the analogue.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является патент на полезную модель №104383, МПК H01L 35/28, принятый за прототип. 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 и параллельные 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 (теплового шунтирования) 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 m входам коммутатора, первый выход коммутатора присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход АЦП присоединен к шине данных электронной 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 термоэлектрических элементов.Of the known devices closest in technical essence to the claimed patent is a utility model patent No. 104383, IPC H01L 35/28, adopted as a prototype. The device contains a heat conductor, which, in its one plane, is in thermal contact with the first temperature sensors and large faces m of thermal concentrators, made in the form of prisms and having the shape of an isosceles trapezoid in cross section, and opposite and parallel small faces in thermal contact with the second m sensors temperature and planes m of thermocouples, the opposite planes of which are in thermal contact with the plane of the heat exchanger, along which the process fluid is pumped. To reduce the thermal resistance, the contact is provided by a layer of heat-conducting substance, and to exclude the backflow of heat (thermal shunting), the space between the heat conductor and the heat exchanger is filled with a heat-insulating substance. The other plane of the heat conductor is in thermal contact with the heat conducting plate of the battery. The outputs of the temperature sensors are connected to the inputs of m comparison elements. The outputs of the comparison elements are connected to the first m inputs of the switch, the first output of the switch is connected to the input of the analog-to-digital converter (ADC), the output of the ADC is connected to the data bus of the electronic computer (DAC), to the input of the digital-to-analog converter (DAC), to the control inputs of the ADC, DAC and switch, m analog outputs of which are connected to the inputs of power amplifiers, the load of which includes m corresponding thermoelectric elements.
Недостатками указанного прототипа являются:The disadvantages of this prototype are:
- неудовлетворительная точность измерения мощности тепловыделения отдельно взятых аккумуляторов малой единичной емкости (10÷20 А·ч);- poor accuracy of measuring the heat dissipation power of individual batteries of small unit capacity (10 ÷ 20 A · h);
- большая инерционность теплового концентратора, выполненного в виде массива, вследствие его большой теплоемкости;- the large inertia of the thermal concentrator, made in the form of an array, due to its large heat capacity;
- неравномерность температурного поля по плоскости грани концентратора, находящегося в тепловом контакте с гранью аккумулятора, вследствие неодинакового теплового сопротивления, обусловленного геометрическим эффектом.- non-uniformity of the temperature field along the plane of the face of the concentrator in thermal contact with the face of the battery due to the uneven thermal resistance due to the geometric effect.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение точности и быстродействия измерения мощности тепловыделения аккумулятора, равномерный отвод тепла по плоскости теплового контакта концентратора и аккумулятора.The problem to which the invention is directed is to increase the accuracy and speed of measuring the battery heat dissipation, uniform heat dissipation along the plane of thermal contact between the concentrator and the battery.
Данная задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем 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 температуры 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, сам тепловой концентратор выполнен в виде параллельных металлических пластин, одна из которых находится в тепловом контакте с гранью аккумулятора и первым датчиком температуры, другая - со вторым датчиком температуры, а металлические пластины скреплены n тонкими дугообразными теплопроводящими пластинами, причем шаг их крепления на первой - переменный и уменьшается от центра к периферии обратно пропорционально длине n-й теплопроводящей пластины, а на второй - постоянный. Для обеспечения чувствительности толщину n дугообразных теплопроводящих пластин выбирают в 40-50 раз меньше расстояния между параллельными металлическими пластинами, а для уменьшения ошибки наносят на них слой теплоизолирующего материала толщиной ≈0,5 мм.This problem is solved due to the fact that in the device containing the thermal concentrator, two temperature sensors, one of which is in thermal contact with the surface of the thermocouple, the opposite surface of which is in thermal contact with the plane of the heat exchanger, the second temperature sensor in thermal contact with a battery, and the outputs of the temperature sensors are connected to the input of the comparison unit, the output of the comparison unit is connected to the input of the analog-to-digital converter, its output is to the data bus electronic computer, the outputs of which are connected to the input of the digital-to-analog converter and to the control inputs of the analog-to-digital and digital-to-analog converters, the output of the digital-to-analog converter is connected to the input of the power amplifier, the load of which includes a thermocouple, the thermal concentrator itself is made in the form of parallel metal plates, one of which is in thermal contact with the face of the battery and the first temperature sensor, the other with the second temperature sensor, and metal e plates fastened n arcuate thin thermally conductive plates, wherein the step of attaching the first - variable and decreases from the center to the periphery is inversely proportional to the length of the n-th heat conducting plate and at the second - constant. To ensure sensitivity, the thickness n of the arcuate heat-conducting plates is chosen to be 40-50 times less than the distance between parallel metal plates, and to reduce the error, a layer of heat-insulating material with a thickness of ≈0.5 mm is applied to them.
На фиг.1 изображен общий вид устройства.Figure 1 shows a General view of the device.
На фиг.2 изображена блок-схема для измерения мощности тепловыделения.Figure 2 shows a block diagram for measuring heat dissipation power.
Заявляемое устройство содержит тепловой концентратор (ТК), представляющий собой сборку из параллельных металлических пластин 1 и 4, скрепленных посредством n теплопроводящих пластин 3, причем шаг их крепления на пластине 4 - постоянный, а на пластине 1 - переменный и уменьшается от центра к периферии обратно пропорционально длине n-й теплопроводящей пластины. Длина n теплопроводящих пластин 3 выбирается из условия обеспечения необходимого перепада температур на параллельных металлических пластинах 1 и 4 в зависимости от точности измерительной и вычислительной аппаратуры и датчиков. При высоте концентратора h и толщине теплопроводящей пластины d мм отношение h/d должно лежать в пределах 40-50. Для повышения точности сборки и плотности прилегания пластины 1 к грани аккумулятора (и как следствие уменьшения ошибки измерения мощности тепловыделения аккумулятора) n теплопроводящие пластины выполнены дугообразно с нелинейностью ≈2 мм. Также для уменьшения ошибки от вредного влияния теплового шунтирования, обусловленного конвекцией воздуха в межпластиночном пространстве, поверхности n теплопроводящих пластин покрыты слоем теплоизолирующего материала толщиной ≈0,5 мм.The inventive device contains a thermal concentrator (TC), which is an assembly of parallel metal plates 1 and 4, fastened by n heat-conducting plates 3, and the mounting step on the plate 4 is constant, and on the plate 1 is variable and decreases from the center to the periphery back in proportion to the length of the nth heat-conducting plate. The length n of the heat-conducting plates 3 is selected from the condition of ensuring the necessary temperature difference on parallel metal plates 1 and 4, depending on the accuracy of the measuring and computing equipment and sensors. When the height of the concentrator h and the thickness of the heat-conducting plate d mm, the ratio h / d should be in the range of 40-50. To improve the accuracy of assembly and the tightness of the plate 1 to the face of the battery (and as a result of reducing the error in measuring the heat dissipation power of the battery) n heat-conducting plates are made in an arcuate shape with a nonlinearity of ≈2 mm. Also, to reduce the error from the harmful effects of thermal shunting caused by air convection in the interplate space, the surfaces of n heat-conducting plates are covered with a layer of heat-insulating material with a thickness of ≈0.5 mm.
Пластина 1 находится в тепловом контакте с первым датчиком температуры 2 и одной из граней аккумулятора 10, а пластина 4 - в тепловом контакте с одной стороны со вторым датчиком температуры 5, а с другой с ТЭ 6, который противоположной гранью находится в тепловом контакте с плоскостью теплообменника (ТО) 7, по которому прокачивается технологический теплоноситель 8. Для уменьшения теплового сопротивления контакт между металлической пластиной 1 и аккумулятором, металлической пластиной и ТЭ 6, ТЭ 6 и ТО 7 обеспечивается слоем теплопроводного вещества 9. Выходы датчиков температуры 2 и 5 присоединены ко входу элемента сравнения 11. Выход блока сравнения 11 присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12, выход АЦП 12 присоединен к шине данных электронной вычислительной машины (ЭВМ) 13, которая в свою очередь присоединена ко входу цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 14, который присоединен ко входу усилителя мощности 15, в нагрузку которого включен ТЭ 6.The plate 1 is in thermal contact with the
Работает устройство следующим образом. При циклировании аккумулятор 10 выделяет тепло, при этом температура пластины 1 повышается и тепловой поток от нее начинает течь через теплопроводящие пластины 3, металлическую пластину 4 и ТЭ 6 к ТО 7, где передается технологическому теплоносителю 8. При этом на металлических пластинах 1 и 4 возникает перепад температур, приводящий к появлению разностного сигнала от датчиков температуры 2 и 5 на блоке сравнения 11, пропорциональный мощности тепловыделения. Этот сигнал преобразуется в цифровой код с помощью АЦП 12 и обрабатывается ЭВМ 13, выполняющей также функцию управления АЦП 12 и ЦАП 14. Управление режимом ТЭ 6 осуществляется по заданной программе ЭВМ 13 с помощью ЦАП 14 и усилителя мощности (УМ) 15.The device operates as follows. During cycling, the
Заявленное устройство выполнено на базе термоэлементов Пельтье, производимых фирмой «Криотерм» Drift-0.8 либо Frost-74, теплопроводящие поверхности которых изготовлены из керамики и выполняют одновременно функцию электроизолятора. Составляющие элементы теплового концентратора (см. фиг.1) выполнены из листовой стали КП-08 и для аккумулятора ЛИПГ-10 (10 А·ч) размеры пластины: 1 - 25×130 мм, 4 - 40×40 мм, пластины 3 имеют трапецеидальную форму с отгибами на концах по всей ширине пластин 1 и 4 и скрепляются с последними пайкой. При высоте концентратора h=35 мм и толщине пластин d=0,8 мм отношение h/d=43,75. Для обеспечения требуемой чувствительности указанное соотношение должно лежать в пределах 40-50. Датчиками температуры 2 и 5 служат полупроводниковые терморезисторы СТ3-14В, как более чувствительные по сравнению с металлическими, включенные по дифференциальной схеме. Нелинейность полупроводниковых элементов терморезисторов линеаризуется программно ЭВМ.The claimed device is made on the basis of Peltier thermoelements manufactured by Kriotherm Drift-0.8 or Frost-74, the heat-conducting surfaces of which are made of ceramic and simultaneously serve as an electrical insulator. The constituent elements of a thermal concentrator (see Fig. 1) are made of sheet steel KP-08 and for the LIPG-10 battery (10 Ah) plate sizes: 1 - 25 × 130 mm, 4 - 40 × 40 mm, plates 3 have trapezoidal shape with bends at the ends along the entire width of the plates 1 and 4 and fastened with the last solder. With the height of the concentrator h = 35 mm and the plate thickness d = 0.8 mm, the ratio h / d = 43.75. To ensure the required sensitivity, the specified ratio should be in the range of 40-50.
Заявляемое устройство, в отличие от прототипа, позволяет повысить точность измерения мощности тепловыделения за счет увеличения перепада температур на параллельных плоскостях теплового концентратора, а также повысить быстродействие устройства за счет уменьшения теплоемкости теплового концентратора.The inventive device, in contrast to the prototype, allows to increase the accuracy of measuring heat dissipation by increasing the temperature difference on the parallel planes of the heat concentrator, as well as to increase the speed of the device by reducing the heat capacity of the heat concentrator.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133158/28A RU2472258C1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133158/28A RU2472258C1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2472258C1 true RU2472258C1 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=48806245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011133158/28A RU2472258C1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2472258C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650436C1 (en) * | 2016-11-10 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Method for definition of heat input from chemical sources of current |
RU195859U1 (en) * | 2018-12-27 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | DEVICE FOR MEASURING POWER OF HEAT DISCHARGE OF CHEMICAL CURRENT SOURCE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1667031A1 (en) * | 1989-03-22 | 1991-07-30 | Предприятие П/Я Р-6028 | Thermoelectric system for regulating temperature |
RU2100876C1 (en) * | 1996-06-26 | 1997-12-27 | Закрытое акционерное общество "ПОЛИТЕРМ" | Method for controlling operating conditions of thermoelectric battery |
WO2003001313A1 (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-03 | Matsushita Refrigeration Company | Temperature regulator of storage battery and vehicle including the same |
EP1641067A1 (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | Samsung SDI Co., Ltd. | System for controlling temperature of a secondary battery module |
RU104383U1 (en) * | 2010-11-19 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | DEVICE FOR REGULATING THE HEAT MODE OF THE BATTERY BATTERY AND MEASURING THE POWER OF ITS HEAT DISCHARGE |
-
2011
- 2011-08-05 RU RU2011133158/28A patent/RU2472258C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1667031A1 (en) * | 1989-03-22 | 1991-07-30 | Предприятие П/Я Р-6028 | Thermoelectric system for regulating temperature |
RU2100876C1 (en) * | 1996-06-26 | 1997-12-27 | Закрытое акционерное общество "ПОЛИТЕРМ" | Method for controlling operating conditions of thermoelectric battery |
WO2003001313A1 (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-03 | Matsushita Refrigeration Company | Temperature regulator of storage battery and vehicle including the same |
US7061208B2 (en) * | 2001-06-25 | 2006-06-13 | Matsushita Refrigeration Company | Storage battery temperature regulator having thermoelectric transducer, and vehicle including the storage battery temperature regulator |
EP1641067A1 (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | Samsung SDI Co., Ltd. | System for controlling temperature of a secondary battery module |
RU104383U1 (en) * | 2010-11-19 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | DEVICE FOR REGULATING THE HEAT MODE OF THE BATTERY BATTERY AND MEASURING THE POWER OF ITS HEAT DISCHARGE |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650436C1 (en) * | 2016-11-10 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Method for definition of heat input from chemical sources of current |
RU195859U1 (en) * | 2018-12-27 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | DEVICE FOR MEASURING POWER OF HEAT DISCHARGE OF CHEMICAL CURRENT SOURCE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jang et al. | Optimization of thermoelectric generator module spacing and spreader thickness used in a waste heat recovery system | |
Abo-Zahhad et al. | Thermal and structure analyses of high concentrator solar cell under confined jet impingement cooling | |
CN103411996B (en) | Solid material heat conductivity measurement mechanism and measuring method | |
Yadav et al. | Fiber-based flexible thermoelectric power generator | |
Niu et al. | Experimental study on low-temperature waste heat thermoelectric generator | |
JP5509443B2 (en) | Measuring apparatus and thermal conductivity estimation method | |
Tzeng et al. | Parametric study of heat-transfer design on the thermoelectric generator system | |
Massaguer et al. | Modeling analysis of longitudinal thermoelectric energy harvester in low temperature waste heat recovery applications | |
Wang | L-type heat pipes application in electronic cooling system | |
Ahamat et al. | Timewise temperature control with heat metering using a thermoelectric module | |
RU2472258C1 (en) | Device for control of thermal conditions of accumulator and measurement of its heat release power | |
US20090205694A1 (en) | Thermoelectric Generation Device for Energy Recovery | |
Duan et al. | Experimental investigation of heat transfer in impingement air cooled plate fin heat sinks | |
Orr et al. | Validating an alternative method to predict thermoelectric generator performance | |
Lv et al. | Effect of charging ratio on thermal performance of a miniaturized two-phase super-heat-spreader | |
CN111044930A (en) | Method and system for testing heat transfer resistance of lithium ion battery module | |
JP7232513B2 (en) | Seebeck coefficient measuring device and its measuring method | |
RU104383U1 (en) | DEVICE FOR REGULATING THE HEAT MODE OF THE BATTERY BATTERY AND MEASURING THE POWER OF ITS HEAT DISCHARGE | |
TWI456200B (en) | Thermal bubble angular accelerometer | |
CN106996994B (en) | Temperature cycle test bench | |
US20200049570A1 (en) | Heat amount measuring method and heat amount measuring apparatus | |
JP7119388B2 (en) | Ovality measurement sensor | |
Horiuchi et al. | Advanced direct-water-cool power module having pinfin heatsink with low pressure drop and high heat transfer | |
TWI454672B (en) | Thermoelectric heat flow meter and thermoelectric transformation efficiency measure device | |
WO2019198504A1 (en) | Generated-heat-quantity measuring method and generated-heat-quantity measuring apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150806 |