RU2559841C1 - Device for protection of lithium-ion battery - Google Patents
Device for protection of lithium-ion battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559841C1 RU2559841C1 RU2014113012/07A RU2014113012A RU2559841C1 RU 2559841 C1 RU2559841 C1 RU 2559841C1 RU 2014113012/07 A RU2014113012/07 A RU 2014113012/07A RU 2014113012 A RU2014113012 A RU 2014113012A RU 2559841 C1 RU2559841 C1 RU 2559841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic
- contacts
- electric heating
- cavity
- fixed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fuses (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и касается переключающих (а точнее - блокирующих) байпасных устройств, установленных параллельно каждому из аккумуляторов батареи космического аппарата (КА).The present invention relates to electrical engineering and relates to switching (or rather, blocking) bypass devices installed in parallel to each of the batteries of the battery of the spacecraft (SC).
В процессе эксплуатации аккумуляторных батарей (АБ) в составе системы электроснабжения КА в течение срока активного существования (САС) 10-15 лет вероятно возникновение дефекта - замыкания в одном или более аккумуляторах, соединенных в батарею последовательно. При этом необходимо обеспечить протекание разрядного тока остальных аккумуляторов в обход дефектного аккумулятора при условии неразрывности общей цепи.During the operation of rechargeable batteries (AB) as part of the spacecraft’s power supply system over a period of active life (CAC) of 10-15 years, a defect is likely to occur — a short circuit in one or more batteries connected in series. In this case, it is necessary to ensure that the discharge current of the remaining batteries flows around the defective battery, provided that the common circuit is continuous.
Известен термочувствительный переключатель [1], содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты и термочувствительный элемент, выполненный из фольгового ленточного материала с эффектом памяти формы, принятый за аналог.Known thermosensitive switch [1], containing a housing in which are movable and fixed contacts and a thermosensitive element made of foil tape material with a shape memory effect, adopted as an analogue.
Недостатком вышеуказанного аналога является невозможность протекания через его контакты больших токов - порядка десятков ампер - каким разряжаются АБ современных КА. Область применения аналога ограничена сигнализацией предельной температуры, т.е. использованием в качестве датчика, термореле, теплового пожарного извещателя. Требуемое переходное сопротивление (не более 150-200 мкОм) не может быть достигнуто в приемлемых массогабаритных ограничениях только за счет термочувствительного элемента с эффектом памяти формы.The disadvantage of the above analogue is the impossibility of large currents flowing through its contacts - of the order of tens of amperes - with which the batteries of modern spacecraft are discharged. The scope of the analogue is limited to the alarm of the limit temperature, i.e. using as a sensor, thermal relay, thermal fire detector. The required transient resistance (not more than 150-200 μOhm) cannot be achieved in acceptable weight and size limitations only due to a thermosensitive element with a shape memory effect.
Наиболее близким к заявляемому устройству является байпасный переключатель [2], принятый за прототип, состоящий из корпуса с расположенными в нем рабочей пружиной, исполнительного механизма с подвижным контактом, неподвижных контактов, собачки предохранителя, силопривода на основе термочувствительного элемента с эффектом памяти формы, электронагревательного элемента.Closest to the claimed device is a bypass switch [2], adopted for the prototype, consisting of a housing with a working spring located in it, an actuator with a movable contact, fixed contacts, a fuse, a power actuator based on a thermosensitive element with a shape memory effect, an electric heating element .
Указанный прототип имеет недостатки, вытекающие из условий работы имеющих место при штатной эксплуатации: космический вакуум и САС длительностью 10-15 лет.The specified prototype has disadvantages arising from the operating conditions that occur during normal operation: space vacuum and CAC for 10-15 years.
В условиях космического вакуума проявляется эффект так называемой диффузионной сварки, когда при «отгазке» с поверхностей подвижного и неподвижных контактов, которые предварительно подпружинены, последние самоочищаются на атомном уровне, а контакт, бывший подвижным, становится неподвижным и байпасное устройство перестает выполнять свою целевую функцию, хотя при всех наземных испытаниях, в том числе и приемо-сдаточных, устройство работает исправно.Under the conditions of cosmic vacuum, the effect of the so-called diffusion welding is manifested, when during the “removal” from the surfaces of movable and fixed contacts, which are pre-springed, the latter self-clean at the atomic level, and the contact that was movable becomes stationary and the bypass device ceases to fulfill its target function, although with all ground tests, including acceptance tests, the device is working properly.
Кроме того, рабочая пружина (поз. 2 в описании прототипа) находится в течение САС в предварительно напряженном состоянии. Это сопровождается «осадкой» пружины, когда она не может полностью восстановить свою первоначальную форму, а развиваемое ею усилие уменьшается.In addition, the working spring (
Задача, решаемая заявляемым устройством, - обеспечение надежности срабатывания при неразрывности цепи и минимуме переходного сопротивления контактов.The problem solved by the claimed device is to ensure the reliability of operation with continuity of the circuit and a minimum contact resistance of the contacts.
Данная задача решается за счет того, что заявляемое устройство для защиты литий-ионной аккумуляторной батареи, состоящее из корпуса и расположенных в нем неподвижных и подвижного контактов, электронагревательного и термочувствительного элементов, эластичной и упругой мембран, при этом подвижный контакт выполнен из легкоплавкого сплава и размещен вместе с электронагревательным элементом в полости, ограниченной корпусом, эластичной мембраной и одним из неподвижных контактов, а полость между корпусом и эластичной и упругой мембранами на треть заполнена жидкостью с малой удельной теплотой парообразования, выполняющей одновременно роль термочувствительного элемента, причем в неподвижных контактах выполнены отверстия.This problem is solved due to the fact that the inventive device for protecting a lithium-ion battery, consisting of a housing and fixed and movable contacts located therein, electric heating and heat-sensitive elements, elastic and elastic membranes, while the movable contact is made of fusible alloy and placed together with an electric heating element in a cavity bounded by a housing, an elastic membrane and one of the fixed contacts, and the cavity between the housing and the elastic and elastic membranes and a third is filled with a liquid with a low specific heat of vaporization, which simultaneously performs the role of a heat-sensitive element, and holes are made in the fixed contacts.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом техническом решении отсутствуют предварительно напряженные звенья (пружины), а функции термочувствительного элемента и силового привода совмещены.The technical result is achieved by the fact that in the proposed technical solution there are no prestressed links (springs), and the functions of the heat-sensitive element and the power drive are combined.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено следующее.The invention is illustrated by drawings, which depict the following.
На фиг. 1 изображено заявляемое устройство в исходном состоянии.In FIG. 1 shows the inventive device in its original state.
На фиг. 2 - в активированном.In FIG. 2 - in activated.
На фиг. 3 изображена схема подключения устройства к аккумулятору.In FIG. 3 shows the connection diagram of the device to the battery.
Устройство содержит корпус 1, неподвижные контакты 2 с отверстиями 3, электронагревательный элемент 4, покрытый слоем электроизоляции, находящийся в полости между одним из неподвижных контактов, с которым соединен электрически и эластичной мембранной 5, полость заполнена легкоплавким сплавом 6, который в исходном состоянии находится в твердой фазе, с другой стороны от эластичной мембраны 5, в полости 7 находится жидкость с малой удельной теплотой парообразования, выполняющей одновременно роль термочувствительного элемента, объем полости 7 заполнен на треть и ограничен упругой мембраной 8, которая в исходном состоянии не напряжена.The device comprises a
Устройство подключается к положительному борну 10 аккумулятора An неподвижным контактом 2, который электрически соединен с одним из контактов электронагревательного элемента 4, второй контакт которого подсоединен к катоду диода 9. Другой неподвижный контакт 2 и анод диода 9 соединены с отрицательным борном 11 аккумулятора An.The device is connected to the
Работает устройство следующим образом. При эксплуатации АБ в одном или нескольких аккумуляторах может произойти частичное повреждение сепаратора вследствие технологического дефекта либо нарушений условий эксплуатации. При возникновении в аккумуляторе замыкания - местного локального дефекта электродного блока - он начнет разряжаться суммарным током нагрузки и током, возникающим вследствие локального дефекта, который только разогревает аккумулятор. В такой аварийной ситуации дефектный аккумулятор начнет, по сравнению с исправными, быстро терять остаточную емкость. Его электродный блок разогреется, и аккумулятор разгерметизируется. Дальнейшее развитие аварийной ситуации - «высыхание» электродного блока, когда пары электролита выйдут в зазор между борном и оплавившимся изолятором. Следствием этого будет обрыв неисправного аккумулятора, и на его борнах напряжение сменится на противоположное (переполюсовка), т.к. цепь АБ остается замкнутой через нагрузку.The device operates as follows. During operation of the battery in one or more batteries, a partial damage to the separator may occur due to a technological defect or violation of the operating conditions. If a short circuit occurs in the battery — a local local defect of the electrode block — it will begin to discharge with the total load current and current arising from a local defect that only heats the battery. In such an emergency, a defective battery will begin to quickly lose its residual capacity, as compared to serviceable ones. Its electrode block warms up and the battery is depressurized. Further development of the emergency situation is the “drying up" of the electrode block when the electrolyte vapor leaves the gap between the boron and the melted insulator. The consequence of this will be a breakdown of the faulty battery, and the voltage on its bourne will be reversed (reverse polarity), as the battery circuit remains closed through the load.
При переполюсовке отпирается диод 9, включенный последовательно в цепь с электронагревательным элементом 4, сопротивление которого выбирается из условия падения напряжения на нем порядка 2,5-3 В, при протекании через него тока нагрузки АБ, но цепь тока не прерывается, а мощность, рассеиваемая на электронагревательном элементе 4, составляет порядка 50-60 Вт.During the polarity reversal, the
Легкоплавкий сплав 6 переходит в жидкую фазу, жидкость, находящаяся в полости 7, переходит в газообразную фазу, давление паров в полости 7 увеличивается. Это проводит к деформации мембран 5 и 8, а легкоплавкий сплав 6, выполняющий роль подвижного контакта, вытесняется через отверстия 3 в одном из неподвижных контактов 2 из полости 6 в межконтактное пространство, замыкая их накоротко.The low-
Объем легкоплавкого сплава выбирается с некоторым запасом, избыток которого проходит через отверстия 3 в другом неподвижном контакте. Напряжение между неподвижными контактами 2 падает до нуля, диод 9, включенный последовательно с нагревательным элементом 4, запирается, температура сплава 6 уменьшается, и он снова переходит в твердую фазу.The volume of the fusible alloy is selected with a certain margin, the excess of which passes through the
Учитывая, что устройство расположено непосредственно на аккумуляторе, то возрастание его температуры до +40-+60°С, также вызовет возрастание температуры легкоплавкого сплава 6 и жидкости с малой удельной теплотой парообразования, которые выступают в качестве термочувствительного элемента. Оставшаяся Δt° до плавления легкоплавкого сплава 6 и закипания жидкости с малой удельной теплотой парообразования преодолеваются за 2,5-3 сек.Given that the device is located directly on the battery, an increase in its temperature to + 40- + 60 ° С will also cause an increase in the temperature of the low-
Техническая эффективность заявляемого устройства, в отличие от прототипа, заключается в том, что в нем отсутствуют предварительно напряженный элементы (пружины), а скользящие подпружиненные контакты заменены контактом, выполненным из легкоплавкого сплава, который не подвержен диффузионной сварке в вакууме, что обеспечивает его надежность срабатывания, неразрывность цепи аккумуляторов и минимум переходного сопротивления между контактами в процессе эксплуатации АБ в составе системы электроснабжения КА в течение всего САС 10-15 лет.The technical efficiency of the claimed device, in contrast to the prototype, lies in the fact that there are no prestressed elements (springs) in it, and the sliding spring-loaded contacts are replaced by a contact made of a low-melting alloy, which is not subject to diffusion welding in vacuum, which ensures its reliability , continuity of the battery circuit and minimum transition resistance between the contacts during operation of the battery as part of the spacecraft power supply system for the entire CAC for 10-15 years.
Пример конкретного исполнения. Чтобы обеспечить равномерное распределение легкоплавкого сплава 6 в полости между контактами 2 (фиг. 2), отверстия 3 располагаются в шахматном порядке. Электронагревательный элемент 4 должен быть электрически изолирован от легкоплавкого сплава 6, для чего его покрывают алундом, аналогично тому, как в электровакуумных приборах изолируется подогреватель от катода. В качестве легкоплавкого сплава 6 может быть выбран сплав Вуда, температура плавления которого 65°С. Эластичная мембрана 5 должна быть электроизолятором, обладать достаточным запасом линейного удлинения и в то же время стойкостью к повышенным температурам, этим требованиям соответствует полимерная пленка, такая как фторопласт. Жидкостью с малой удельной теплотой парообразования может служить этиловый спирт, температура кипения которого +78°С. Т.к. в режиме активации устройства через диод 9 будет протекать ток нагрузки АБ, то для того, чтобы на нем рассеивалось как можно меньше мощности, его следует выбирать с барьером Шоттки.An example of a specific implementation. To ensure uniform distribution of the
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2210129, МПК Н01Н 37/46, Н01Н 37/32, Н01Н 61/06, 2003.1. RF patent No. 22010129, IPC Н01Н 37/46, Н01Н 37/32, Н01Н 61/06, 2003.
2. Патент РФ №2415489, МПК Н01Н 37/00, 2006.2. RF patent No. 2415489, IPC Н01Н 37/00, 2006.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113012/07A RU2559841C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Device for protection of lithium-ion battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113012/07A RU2559841C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Device for protection of lithium-ion battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2559841C1 true RU2559841C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014113012/07A RU2559841C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Device for protection of lithium-ion battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559841C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4797649A (en) * | 1986-11-17 | 1989-01-10 | Naomitsu Tokieda | Circuit breaker actuated by shape memory alloy |
RU2007304C1 (en) * | 1989-12-27 | 1994-02-15 | Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Device for protecting diesel locomotive batteries from emergency currents |
RU2210129C2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-08-10 | Закрытое акционерное общество Производственное объединение "Спецавтоматика" | Heat-sensitive switch |
RU2415489C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-03-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Bypass switch |
-
2014
- 2014-04-03 RU RU2014113012/07A patent/RU2559841C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4797649A (en) * | 1986-11-17 | 1989-01-10 | Naomitsu Tokieda | Circuit breaker actuated by shape memory alloy |
RU2007304C1 (en) * | 1989-12-27 | 1994-02-15 | Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта | Device for protecting diesel locomotive batteries from emergency currents |
RU2210129C2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-08-10 | Закрытое акционерное общество Производственное объединение "Спецавтоматика" | Heat-sensitive switch |
RU2415489C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-03-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Bypass switch |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7022349B2 (en) | Electromechanical circuit breaker and battery housing | |
US9780553B2 (en) | Overvoltage protection device with short-circuit function for protecting installations and persons | |
US6346796B1 (en) | Thermal shut-off device and battery pack | |
JPS62221826A (en) | Zener diode divice for forming closed circuit for battery protection | |
US20120293016A1 (en) | Protective device for galvanic cells | |
US20150229118A1 (en) | Protective device | |
BRPI0508152B1 (en) | SAFETY DEVICE FOR PREVENTING OVERLOAD AND SECONDARY BATTERY USING SUCH DEVICE | |
GB2559793A (en) | Battery pack with reduced voltage variance | |
JPS62210841A (en) | Silicon diode device forming closed circuit for battery protection | |
KR101715695B1 (en) | Battery pack and inter-busbar applied for the same | |
JP2009117262A (en) | Battery pack | |
JP6412152B2 (en) | Lithium ion battery protector | |
US7638978B2 (en) | Battery protection device and battery having the same | |
RU2559841C1 (en) | Device for protection of lithium-ion battery | |
KR20140039140A (en) | Protective device | |
JP2012079513A (en) | Abnormality history retention device | |
WO2018206282A1 (en) | Battery module with reduced short circuit current | |
US20150079425A1 (en) | Bypass switch | |
JPH02237437A (en) | Overcharging preventer | |
US9537180B2 (en) | Low energy activation fault tolerant battery cell bypass device and system | |
JP2007043800A (en) | Protector of battery and battery pack | |
JP6406881B2 (en) | Fuse element | |
JP2002095154A (en) | Electronic device protecting circuit | |
WO2018224372A1 (en) | Battery system | |
JP2000182596A (en) | Electrothermal relay for battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170404 |