RU2660661C2 - Электрохимический аккумулятор - Google Patents
Электрохимический аккумулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660661C2 RU2660661C2 RU2015153539A RU2015153539A RU2660661C2 RU 2660661 C2 RU2660661 C2 RU 2660661C2 RU 2015153539 A RU2015153539 A RU 2015153539A RU 2015153539 A RU2015153539 A RU 2015153539A RU 2660661 C2 RU2660661 C2 RU 2660661C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- control electrode
- battery according
- voltage
- control
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 5
- 238000007600 charging Methods 0.000 abstract description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- 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
- H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическому аккумулятору, в котором установлен металлический управляющий электрод. Электрохимический аккумулятор содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды, взаимодействующие с электролитом, между которыми также установлен управляющий электрод, расположенный в окружении сепаратора, при этом вспомогательный управляющий электрод покрыт стойким химическим изолятором и выполнен с проницаемыми для электролита калиброванными отверстиями и связан с внешним источником тока. Повышение эффективности работы электрохимического аккумулятора, а также повышение срока его службы является техническим результатом изобретения. Управляющий электрод обеспечивает эффективное проведение процесса зарядки/разрядки аккумулятора в процессе штатной работы аккумулятора. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрохимическому аккумулятору (электрохимическому устройству), и предназначено для использования в технологии построения блоков питания.
В последнее время в области вторичных батарей интенсивно ведутся исследования и разработки новых электродов и батарей, которые могут улучшить удельную емкость и удельную энергию.
Из уровня техники известен никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный и отрицательный электроды, разделенные многослойным сепаратором, и вспомогательный электрод. Вспомогательный электрод выполнен пористым и размещен между слоями сепаратора (RU 2069924, 27.11.1996).
Недостатками данного аккумулятора является отсутствие обратной связи, т.е. когда при изменении прямых выходных параметров аккумулятора (напряжения, ток зарядки/разрядки или косвенных параметров (температура, давление и т.п.) сверх заданных критических значений, не изменяются параметры управления (напряжение на управляющем электроде не увеличивается или не уменьшается), что приводит аккумулятор к выходу из строя. Кроме того, наличие пористого электрода, имеющего некалиброванные отверстия, снижает эффективность работы аккумулятора.
Известен электрохимический генератор, содержащий электролит и контактирующие с ним анод и катод. Между анодом и катодом в электролит помещен дополнительный электрод, который соединен с источником управляющего напряжения. К катоду и аноду подключена нагрузка электрохимического генератора. Дополнительный электрод выполнен из электропроводного химически нейтрального материала, например из углеродной ткани с изолированным токоподводом (RU 2249886, 10.04.2005).
Недостатками данной конструкции устройства являются то, что анод и катод в нем разнесены на значительное расстояние, чтобы предотвратить короткое замыкание между катодом и анодом из-за отсутствия сепаратора, в связи с чем данная конструкция не является оптимальной из-за значительного увеличения размеров аккумулятора и изменения конструкции устройства, так как необходимо сделать дополнительное устройство закрепления электродов. Кроме того, из-за применения в качестве дополнительного (управляющего) электрода углеродной ткани и отсутствия сепаратора может возникнуть ситуация (в каком-то одном пространственном положении устройства), когда углеродная ткань будет касаться одновременно катода и анода, то есть может произойти короткое замыкание и, соответственно выход устройства из строя
Кроме того, источник питания, используемый в указанном патенте, не имеет возможности автоматически регулировать управляющее напряжение, т.е. отсутствует обратная связь, что уменьшает эффективность работы аккумулятора.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании электрохимического аккумулятора, который устранял бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы аккумулятора и увеличение ресурса его работы т.к. при проведении процесса зарядки/разрядки, и в процессе штатной работы аккумулятора, происходит поддержание необходимого тока/напряжения, которые поддерживаются в заданных параметрах за счет наличия обратной связи и при помощи управляющего электрода, на который подается управляющее напряжение, таким образом, что предотвращается перезарядка и переразрядка аккумулятора, не прекращая процесс путем автоматического изменения управляющего напряжения. В настоящее время в известных устройствах процесс зарядки прекращается полностью (по достижению критических значений), а затем процесс зарядки начинается сначала), кроме того возможно получить на выходных клеммах переменное напряжение за счет подачи переменного (гармонического или импульсного) напряжения любой формы и соответствующих значений напряжения, частоты, амплитуды и формы на управляющий электрод, обеспечивающих функционирование аккумулятора, с применением соответствующего источника напряжения. Кроме того появляется возможность использовать электрохимическое устройство в качестве источника напряжения и/или в качестве источника тока.
Технический результат достигается тем, что в электрохимическом аккумуляторе, содержащем корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды основного аккумулятора, взаимодействующие с электролитом, при этом между отрицательным и положительным электродами основного аккумулятора установлен металлический управляющий электрод с проницаемыми калиброванными отверстиями, связанный с источником управляющего напряжения.
Источник напряжения представляет собой внешний источник постоянного или переменного напряжения, или дополнительный аккумулятор, отрицательный и положительный электроды которого расположены в корпусе и взаимодействуют с электролитом.
Управляющий электрод расположен в корпусе в окружении сепаратора или без сепаратора и может быть покрыт химически стойким изолятором.
Также управляющий электрод может быть выполнен в виде металлической сетки или намотки из металлической проволоки и покрыт химически нейтральным изолятором.
На управляющий электрод подают постоянное управляющее напряжение при использовании коммутирующей схемы, обеспечивающее функционирование основного аккумулятора.
На управляющий электрод подают переменное напряжение от источника напряжения.
На управляющий электрод подают переменное напряжение с использованием устройства обратной связи.
Выводы управляющего электрода могут быть расположены внутри или с наружи корпуса. Выводы коммутируются через разъем, для подключения зарядного устройства.
Кроме того, при работе аккумулятора используется устройство обратной связи, управляющее подачей соответствующего сигнала на управляющий электрод (постоянного положительного или отрицательного, или переменного напряжения) любой формы и любой длительности и установленное вне зоны взаимодействия с электролитом.
Устройство обратной связи содержит необходимые измерительные датчики (датчик температуры и/или шунт для измерения тока, а также другие датчики, например, давления, и т.п.) и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение (в сигнал управления) для подачи его на управляющий электрод. Устройство обратной связи служит для стабилизации выходных параметров.
Аккумулятор состоит из основного и дополнительного аккумуляторов, расположенных в одном корпусе, с ним и/или вне корпуса с основным аккумулятором, и выводы которого могут быть расположены и/или внутри и/или с наружи корпуса. Дополнительный аккумулятор используется в качестве источника напряжения, предназначенного для подачи его на управляющий электрод. Для увеличения продолжительности функционирования основного аккумулятора дополнительный аккумулятор может функционировать одновременно с внешним дополнительным источником.
Аккумулятор выполнен с возможностью зарядки от другого аккумулятора.
В качестве электролита возможно использование любого материала, обеспечивающего функционирование электрохимического устройства. Например, электролит может быть выполнен твердым или представлять собой раствор, в котором расположены отрицательный и положительный электроды, управляющий электрод и сепаратор.
Кроме того, возможна работа аккумулятора при подаче на управляющий электрод переменного напряжения от источника напряжения, который может находиться как вне зоны взаимодействия с электролитом, так и вне корпуса аккумулятора.
Кроме того на управляющий электрод возможна подача переменного напряжение от устройства обратной связи, источник напряжения которого может находиться в корпусе аккумулятора или вне корпуса аккумулятора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена примерная схема сборки электрохимического аккумулятора.
Пример осуществления заявленного изобретения.
Электрохимический аккумулятор содержит в корпусе электродную сборку, имеющую отрицательный (катод) 1 и положительный (анод) 2 электроды, раствор электролита, управляющий электрод 3, связанный с источником напряжения, сепаратор 4 и устройство обратной связи (не показано), которое предназначено для стабилизации выходных параметров аккумулятора и находится вне зоны взаимодействия с электролитом.
Управляющий электрод 3 находится между отрицательным 1 и положительным 2 электродами и отделен от них сепаратором 4 или диэлектриком (покрыт химически нейтральным изолятором).
Устройство обратной связи соединено при помощи электронной схемы с управляющим электродом 3.
Управляющий электрод 3 выполнен металлическим и проницаемым (с проницаемыми калиброванными отверстиями) для прохождения заряженных частиц. К нему подключаются соответствующие сигналы, необходимые для регулирования выходных параметров аккумулятора.
Кроме того, в момент зарядки/разрядки или циклирования, а также в штатном режиме, применение управляющего электрода 3 позволяет управлять функциональной основой аккумулятора - потоком заряженных частиц, создающих ток заряда или разряда, что не допускает изменения температуры, тока, напряжения, давления и т.п. То есть появляется возможность не прерывать ток, заряда или разряда, а управлять им, и не доводить до критических значений заданные параметры, что сохраняет работу аккумулятора на более длительный срок. Кроме того, управляющий электрод 3 может быть покрыт химически нейтральным изолятором.
Устройство обратной связи может содержать необходимые датчики измерения температуры, давления, силы тока и т.п. и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение и подачи его на управляющий электрод.
Описание работы аккумулятора в динамике.
В электрохимический аккумулятор между отрицательным и положительным электродами устанавливается управляющий металлический, проницаемый (дополнительный) электрод.
Управляющий электрод отделяется от отрицательного и положительного электродов сепаратором (как один из вариантов изготовления аккумулятора).
По окончании сборки аккумулятора, при проведении процесса зарядки, на управляющий электрод подается напряжение и, при помощи устройства обратной связи, будут поддерживаться заданные параметры аккумулятора путем управления потоком заряженных частиц, ускоряя их или замедляя их. Таким образом, появляется возможность регулировать ток заряда/разряда и осуществлять более равномерное осаждение частиц на поверхности электрода.
Управлять подачей входных сигналов во время зарядки/разрядки будет зарядное устройство (как один из вариантов). Принципиально аккумулятор может работать и без устройства обратной связи.
Дополнительный аккумулятор предназначен для обеспечения подачи напряжения на управляющий электрод.
Кроме того в предлагаемом аккумуляторе возможно получить на выходных клеммах переменное напряжение за счет подачи переменного (гармонического или импульсного) напряжения на управляющий электрод от отдельного источника.
Указанное выше удостоверяет, что заявленный аккумулятор обладает повышенным ресурсом, надежностью и длительностью эксплуатации при использовании управляющего электрода с отверстиями для протекания заряженных частиц, дополнительного аккумулятора и устройства обратной связи, т.е. автоматической регулировкой управляющего напряжения.
Claims (10)
1. Электрохимический аккумулятор, характеризующийся тем, что содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды основного аккумулятора, взаимодействующие с электролитом, при этом между отрицательным и положительным электродами основного аккумулятора установлен металлический управляющий электрод с проницаемыми калиброванными отверстиями, связанный с источником напряжения и выполненный с возможностью управления током заряда/разряда.
2. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что источник напряжения для управляющего электрода расположен вне зоны взаимодействия с электролитом и представляет собой внешний источник постоянного или переменного напряжения или дополнительный аккумулятор, расположенный в одном корпусе с основным аккумулятором и выводы которого расположены снаружи корпуса.
3. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод расположен в корпусе в окружении сепаратора.
4. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод покрыт химически стойким изолятором.
5. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что управляющий электрод покрыт химически стойким изолятором и расположен в окружении сепаратора.
6. Аккумулятор по п. 1, характеризующийся тем, что содержит устройство обратной связи, управляющее подачей соответствующего сигнала на управляющий электрод и установленное вне зоны взаимодействия с электролитом.
7. Аккумулятор по п. 4 или 5, характеризующийся тем, что управляющий электрод выполнен в виде металлической сетки.
8. Аккумулятор по п. 2, характеризующийся тем, что выводы дополнительного аккумулятора и управляющего электрода расположены и/или внутри и/или снаружи корпуса аккумулятора.
9. Аккумулятор по п. 6, характеризующийся тем, что устройство обратной связи содержит измерительные датчики и электронное устройство, преобразующее выходные сигналы датчиков в управляющее напряжение для подачи его на управляющий электрод.
10. Аккумулятор по п. 7, характеризующийся тем, что на управляющий электрод подают управляющее напряжение при использовании коммутирующей схемы.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153539A RU2660661C2 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Электрохимический аккумулятор |
| PCT/RU2016/000304 WO2017105277A1 (ru) | 2015-12-15 | 2016-05-23 | Электрохимический аккумулятор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153539A RU2660661C2 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Электрохимический аккумулятор |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015153539A RU2015153539A (ru) | 2017-06-20 |
| RU2660661C2 true RU2660661C2 (ru) | 2018-07-09 |
Family
ID=59057056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015153539A RU2660661C2 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Электрохимический аккумулятор |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660661C2 (ru) |
| WO (1) | WO2017105277A1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU879684A1 (ru) * | 1980-02-01 | 1981-11-07 | Конотопский Ордена Трудового Красного Знамени Электромеханический Завод "Красный Металлист" | Устройство дл зар дки аккумул торов |
| RU2069924C1 (ru) * | 1994-10-05 | 1996-11-27 | Акционерное общество "Электрозаряд" | Никель-цинковый аккумулятор |
| RU2398315C1 (ru) * | 2009-03-11 | 2010-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Транспорт" | Аккумуляторная батарея с автоматическим внутренним подогревом |
| WO2012156639A1 (fr) * | 2011-05-19 | 2012-11-22 | Electricite De France | Accumulateur métal-air avec dispositif de protection de l'électrode à air |
| CN203056042U (zh) * | 2013-01-15 | 2013-07-10 | 无锡新纬电池有限公司 | 锂电池模组离线加热装置 |
| US20150064512A1 (en) * | 2012-02-23 | 2015-03-05 | Research Foundation Of The City University Of New York | Management of Gas Pressure and Electrode State of Charge in Alkaline Batteries |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU143849A1 (ru) * | 1961-05-03 | 1961-11-30 | М.Д. Кочергинский | Электрический аккумул тор |
| RU2168807C1 (ru) * | 2000-11-29 | 2001-06-10 | Аквариус Текнолоджиз Лимитед | Топливный элемент |
-
2015
- 2015-12-15 RU RU2015153539A patent/RU2660661C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-05-23 WO PCT/RU2016/000304 patent/WO2017105277A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU879684A1 (ru) * | 1980-02-01 | 1981-11-07 | Конотопский Ордена Трудового Красного Знамени Электромеханический Завод "Красный Металлист" | Устройство дл зар дки аккумул торов |
| RU2069924C1 (ru) * | 1994-10-05 | 1996-11-27 | Акционерное общество "Электрозаряд" | Никель-цинковый аккумулятор |
| RU2398315C1 (ru) * | 2009-03-11 | 2010-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Транспорт" | Аккумуляторная батарея с автоматическим внутренним подогревом |
| WO2012156639A1 (fr) * | 2011-05-19 | 2012-11-22 | Electricite De France | Accumulateur métal-air avec dispositif de protection de l'électrode à air |
| US20150064512A1 (en) * | 2012-02-23 | 2015-03-05 | Research Foundation Of The City University Of New York | Management of Gas Pressure and Electrode State of Charge in Alkaline Batteries |
| CN203056042U (zh) * | 2013-01-15 | 2013-07-10 | 无锡新纬电池有限公司 | 锂电池模组离线加热装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015153539A (ru) | 2017-06-20 |
| WO2017105277A1 (ru) | 2017-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6691665B2 (ja) | 蓄電装置、蓄電装置の制御方法、車両 | |
| US20130162206A1 (en) | Charging unit and electrical device provided with the same | |
| US6806685B2 (en) | Accumulator power supply unit | |
| US20120229092A1 (en) | Battery pack and electronic device including the same | |
| US20140312849A1 (en) | External battery | |
| WO2006120901A1 (ja) | 電源装置 | |
| US9531203B2 (en) | Secondary battery system | |
| CN101523659B (zh) | 放电控制装置 | |
| JP6316529B1 (ja) | 金属空気電池、及び酸化被膜除去方法 | |
| RU2660661C2 (ru) | Электрохимический аккумулятор | |
| RU2644555C1 (ru) | Универсальный аккумулятор | |
| KR20190067681A (ko) | 전력 공급 방법 및 전력 공급 장치 | |
| JP6055246B2 (ja) | 電源装置 | |
| JP4646929B2 (ja) | 充電器 | |
| KR20160115433A (ko) | 연축전지의 수명 연장 장치 | |
| KR101251514B1 (ko) | 차량용 리튬 공기 배터리 장치 | |
| JP2006304426A (ja) | 車両用バッテリの充電方法および充電装置 | |
| KR100581200B1 (ko) | 이차전지 충방전 장치용 전원장치 | |
| KR100950547B1 (ko) | 밧데리 충전 방법 | |
| CN112531804A (zh) | 充放电装置 | |
| JPH01278239A (ja) | 燃料電池用補助電池の充電制御装置 | |
| JP5426847B2 (ja) | ニッケル水素電池積層体の充電方法およびその充電制御システム | |
| JP6369514B2 (ja) | 鉛蓄電池 | |
| JP2015130725A (ja) | 充電制御装置及びそれを用いた非常用照明装置 | |
| JP7081982B2 (ja) | 金属空気電池モジュール、金属空気電池システムおよび金属空気電池の充電方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180524 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201216 |