RU2692694C1

RU2692694C1 - Heated storage battery

Info

Publication number: RU2692694C1
Application number: RU2018127458A
Authority: RU
Inventors: Степан Степанович Волков; Андрей Евгеньевич Рассохин; Алексей Алексеевич Кочуров; Сергей Васильевич Николин; Евгений Николаевич Пузевич; Карнилий Андреевич Вячкин; Алексей Игоревич Сидоров
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2019-06-26

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to a heated storage battery, and can be used to increase readiness of vehicles in low temperature conditions. Heated accumulator battery comprises housing, units of positive and negative electrodes separated by separators arranged separately in housing through partitions with electrolyte solution, electric terminals of electrode blocks, connecting buses, heat transmitter with cover and with chemical source of heat energy, as well as heat-conducting electrically insulating gaskets and heat-insulating cover surrounding heat-transfer device with cover. Heat transducer connected to electrical leads through insulating connectors has heat contact pads located on electrically conductive buses and electric terminals, which are made of heat-conducting electrically insulating adhesive, wherein the heat energy source in the form of a chemical substance in the preserved state releases heat after the action of the mechanical starter.EFFECT: technical result of the invention is reduction of heating time and increase of efficiency of accumulator battery operation in conditions of low temperatures.1 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и к сфере автомобильного транспорта и может быть использовано для повышения готовности транспортных средств в условиях низких температур.The alleged invention relates to the electrical industry and to the field of road transport and can be used to improve the readiness of vehicles at low temperatures.

Известна нагреваемая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов и нагреватель. [[Патент РФ №2088001 МПК 6Н01М 10/50, 1995 г.]. Руководство].Known heated battery, comprising a housing, blocks of positive and negative electrodes, separated by separators, placed separately in the housing, the electrical leads of the electrode blocks and the heater. [[RF patent №2088001 IPC 6N01M 10/50, 1995]. Guide].

В известной нагреваемой аккумуляторной батарее нагреватель выполнен в виде термостата, внутри которого расположены аккумуляторная батарея и электрический нагреватель.In the known heated rechargeable battery, the heater is made in the form of a thermostat, inside of which a battery and an electric heater are located.

Одним из условий работы известной аккумуляторной батареи является обеспечение температурного диапазона работы в пределах +45÷-18°С. При уменьшении температуры ниже предельного, значения электролит сольватируется (гидратируется), подвижность ионов снижается, зарядовая емкость уменьшается, ток аккумулятора падает. Для восстановления рабочих характеристик аккумулятор нагревают до рабочего диапазона температур. Необходимым условием работы аккумуляторов с жидким электролитом является обеспечение соответствующего температурного режима. При температурах окружающей среды ниже критической для обеспечения работы аккумулятора необходим принудительный нагрев. Имеются технические решения по расширению рабочих температур, но в лбом случае задача по еще большем снижении температуры использования аккумуляторных батарей остается. [Дасоян М.А. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. М.; "Транспорт", 1991].One of the operating conditions of a known rechargeable battery is to ensure the temperature range of operation within + 45 ÷ -18 ° C. When the temperature decreases below the limiting value, the electrolyte solvates (hydrates), the ion mobility decreases, the charge capacity decreases, and the battery current drops. To restore performance, the battery is heated to the operating temperature range. A prerequisite for batteries with liquid electrolyte is to ensure the appropriate temperature. At ambient temperatures below critical, forced heating is necessary to ensure battery operation. There are technical solutions to expand the operating temperature, but in the forehead case the task of further reducing the temperature of using batteries remains. [Dasoyan M.A. and others. Starter batteries. M .; Transport, 1991].

Недостатками известной аккумуляторной батареи являются необходимость внешнего электрического источника для питания нагревателей термостата, а, также измененные габаритные параметры, не позволяющие использовать батарею в транспортных средствах без изменения их конструкции. Габаритные параметры термостата требуют изменения конструкции установочных мест аккумуляторной батареи на транспортном средстве, что представляет большие организационные и экономические сложности. [Дасоян М.А. и др. Стартерные аккумуляторные батареи. М.; "Транспорт", 1991].The disadvantages of the known rechargeable battery are the need for an external electric source to power the thermostat heaters, as well as changed overall parameters that do not allow the battery to be used in vehicles without changing their design. The overall parameters of the thermostat require a change in the design of the installation locations of the battery on the vehicle, which represents great organizational and economic difficulties. [Dasoyan M.A. and others. Starter batteries. M .; Transport, 1991].

Наиболее близким к предлагаемому является нагреваемая аккумуляторная батарея, содержащая корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов, и нагреватель.Closest to the present invention is a heated battery comprising a housing, blocks of positive and negative electrodes separated by separators, placed separately in the housing, electrical leads of electrode blocks, and a heater.

В известном аккумуляторе нагреватель выполнен в виде тонких медных полосок, впрессованных в полиэтиленовую ленту, размещается внутри корпуса аккумулятора в электролите, а питание нагревателя осуществляется током нагреваемой аккумуляторной батареи. Возможен нагрев от внешнего электрического источника, но в дорожных и полевых условиях внешних источников не имеется.In a known battery, the heater is made in the form of thin copper strips pressed into a polyethylene tape, placed inside the battery case in the electrolyte, and the heater is powered by a current of a heated battery. Heating from an external electrical source is possible, but there are no external sources in the road and field conditions.

В известной нагреваемой аккумуляторной батарее нагрев непосредственно электролита в свободном пространстве аккумулятора ускоряет время нагрева электролита в рабочем пространстве пор электродов в сравнении с внешним нагревом через корпус. Однако нагрев пакета электродов теплопередачей от торцов электродов и от крайних пластин в середину занимает существенное время.In the known heated battery, the heating of the electrolyte directly in the free space of the battery accelerates the time of heating of the electrolyte in the working space of the pores of the electrodes in comparison with external heating through the housing. However, heating the package of electrodes with heat transfer from the ends of the electrodes and from the extreme plates in the middle takes considerable time.

Другим недостатком известной аккумуляторной батареи является непроизводительный расход зарядовой емкости и снижение зарядовой емкости при нагреве, то есть при подготовке к работе. Приведение аккумуляторной батареи в рабочее состояние по тепловым условиям из-за отбора тока на нагрев может вывести из рабочего состояния по зарядовой емкости.Another disadvantage of the known rechargeable battery is unproductive consumption of charge capacity and reduction of charge capacity when heated, that is, in preparation for work. Bringing the battery in working condition for thermal conditions due to the selection of the current for heating can withdraw from the working state of charge capacity.

Предполагаемое изобретение направлено на уменьшение времени нагрева, повышение готовности и на повышение токоотдачи аккумуляторной батареи в условиях низких температур.The alleged invention is aimed at reducing the heating time, increasing readiness and increasing the current efficiency of the battery in low temperature conditions.

Технический результат достигается тем, что в нагреваемой аккумуляторной батарее, содержащей корпус, блоки положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенных по отдельности в корпусе, электрические выводы блоков электродов, и нагреватель, нагреватель содержит теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через изолирующие соединители, источник тепловой энергии, размещенный в теплопередатчике и теплоизолирующую крышку, расположенную над свободной поверхностью теплопередатчика.The technical result is achieved by the fact that in a heated battery comprising a housing, blocks of positive and negative electrodes separated by separators placed separately in the housing, electrical leads of electrode blocks, and a heater, the heater contains a heat transmitter connected to electrical leads through insulating connectors, the source thermal energy, placed in a heat transmitter and a heat insulating cover located above the free surface of the heat transmitter.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что нагреватель содержит теплопередатчик, соединенный с электрическими выводами через электроизолирующие теплопроводящие соединители, а источник тепловой энергии размещен в теплопередатчике.A distinctive feature of the present invention is that the heater contains a heat transmitter connected to the electrical leads through the electrically insulating heat-conducting connectors, and the source of thermal energy is placed in the heat transmitter.

На рисунке представлена функциональная схема нагреваемой аккумуляторной батареи.The figure shows the functional diagram of the heated battery.

Нагреваемая аккумуляторная батарея (далее батарея) содержит корпус 1, блоки 4 положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами, размещенные по отдельности в корпусе через перегордки 3 с раствором электролита 2 и 7, электрические выводы 15 блоков электродов, соединительные шины 18, теплопередатчик 11 с крышкой 12 и с химическим источником 16, тепловой энергии, теплопроводящие электроизолирующие прокладки 17 и теплоизолирующую крышку 13, окружающую теплопередатчик с крышкой. Раствор электролита впитывается в поры в рабочее пространство блоков электродов и остается честь его в свободном виде в придонной области 2 и в объеме 7 над блоком электродов. Источник тепловой энергии 16 с пускателем 19 и теплопередатчик 11 представляют собой нагреватель. Теплопередатчик имеет тепловые контактные площадки. Теплопередатчик 11 нагревателя размещается контактными площадками на электропроводящих шинах 18 и электрических выводах 15 аккумулятора через теплопроводящие изолирующие соединители 17, в качестве которых может быть использован теплопроводящий электроизолирующий клей. Источник тепловой энергии 16 размещается в теплопередатчике 11. Источник 16 тепловой энергии представляет как один из вариантов пакет с химическим веществом, который в консервированном состоянии тепло не выделяет. Внешним механическим воздействием на пускатель 19 задается режим выделения энергии. Теплоизолирующая крышка 13 окружает теплопередатчик с источником тепла и служит для предотвращения рассеяния тепла в окружающую атмосферу. В качестве источника тепла может быть использовано любое горячее тело, размещаемое в теплопередатчике, например горячая вода, горячие угли и так далее. Источник тепла при малой теплоемкости и теплосодержания может быть сменным.The heated rechargeable battery (hereinafter referred to as the battery) contains the housing 1, blocks of 4 positive and negative electrodes separated by separators, placed separately in the housing through rebuilds 3 with electrolyte solution 2 and 7, electrical leads 15 of electrodes, connecting busbars 18, heat transmitter 11 with a cover 12 and with a chemical source 16, thermal energy, a heat-conducting electrically insulating gasket 17 and a heat-insulating cover 13 surrounding the heat transmitter with a cover. The electrolyte solution is absorbed into the pores in the working space of the electrode blocks and it remains to be honored in free form in the bottom region 2 and in volume 7 above the electrode block. The source of heat energy 16 with the starter 19 and the heat transmitter 11 are a heater. The heat transmitter has thermal pads. Heat transducer 11 of the heater is placed by contact pads on electrically conductive tires 18 and electrical terminals 15 of the battery through heat-conducting insulating connectors 17, as which heat-conducting electrically insulating glue can be used. The source of thermal energy 16 is placed in the heat transmitter 11. The source 16 of thermal energy is, as one of the options, a package with a chemical substance that does not generate heat in a preserved state. External mechanical action on the starter 19 sets the mode of energy release. A heat insulating cover 13 surrounds the heat transmitter with a heat source and serves to prevent heat dissipation into the surrounding atmosphere. As a heat source, any hot body that is placed in a heat transmitter, for example hot water, hot coals, and so on, can be used. The heat source with low heat capacity and heat content can be replaceable.

Предлагаемая нагреваемая аккумуляторная батарея работает следующим образом. В теплопередатчике 11 располагают источник тепловой энергии 16 - химическое вещество в полиэтиленовом пакете и включается пускателем 19 в режим выделения тепла. Тепловая энергия от теплопередатчика 11 через теплопроводящие электрически изолирующие прокладки 17 переходит к шинам 18 и выводам 18 аккумуляторной батареи. Далее через борны 5, гребенки 6, блоки электродов 4, содержащих пластины, сетки и активную массу, через которые тепло передается электролиту пор. Так как теплопроводность свинца (35 Вт/(м К)) и алюминия (209.3 Вт/(м К)), а воды - 0,469 Вт/(м К), то процесс передачи тепла только за счет тепла ускоряется более чем в 50 раз. Непроизводительные расходы тепла в процессе передачи тепла до электролита определяются теплоемкостями материалов, составляющие для воды - 4200 Дж/(кг К), серной кислоты - 2800 Дж/(кг К), свинца - 140 Дж/(кг К). Расход тепла на нагрев материалов определяется теплоемкостями и величинами масс. Общая масса свинца в аккумуляторной батарее 6СТ-190 около 35 кг, масса раствора электролита 12 л × 1.28 г / см³=15 кг. Для обеспечения токопроводимости необходимо нагреть электролит в порах, объем которых составляет около 5 литров с учетом сепараторов аккумулятора. Масса электролита составит 5×1.28 г/см³=6.4 кг. Остальной электролит 8.6 кг находится вне рабочего пространства электродов и сепараторов и его можно нагревать уже при работе двигателя внутреннего сгорания.The proposed heated battery works as follows. In the heat transmitter 11 have a source of thermal energy 16 - a chemical substance in a plastic bag and is activated by the actuator 19 in the mode of heat release. Heat energy from the heat transmitter 11 through the heat-conducting electrically insulating gasket 17 goes to the tires 18 and the terminals 18 of the battery. Then through borna 5, comb 6, blocks of electrodes 4 containing plates, grids and active mass through which heat is transferred to the electrolyte of pores. Since the thermal conductivity of lead (35 W / (m K)) and aluminum (209.3 W / (m K)), and water - 0.469 W / (m K), the heat transfer process is accelerated more than 50 times only by heat . Unproductive heat consumption in the process of heat transfer to the electrolyte is determined by the heat capacities of the materials, which make up 4200 J / (kg K) for water, 2800 J / (kg K) for sulfuric acid, and 140 J / (kg K) for lead. Heat consumption for heating materials is determined by heat capacities and mass values. The total mass of lead in the battery 6CT-190 is about 35 kg, the mass of the electrolyte solution is 12 l × 1.28 g / cm ³ = 15 kg. To ensure conduction, it is necessary to heat the electrolyte in the pores, the volume of which is about 5 liters, taking into account the battery separators. The mass of the electrolyte will be 5 × 1.28 g / cm ³ = 6.4 kg. The remaining 8.6 kg electrolyte is outside the working space of the electrodes and separators and it can be heated already when the internal combustion engine is running.

При нагреве аккумулятора термостатным способом рабочее пространство аккумулятора нагревается только после нагрева свободной доли раствора электролита. Отношение теплот при нагреве термостатированным устройством и предлагаемым устройством и составляет Q_т/С_предл=m_т с_т / m_предл c_предл=6.4 2800 / 35 140=3.6 раза.When the battery is heated by a thermostatic method, the working space of the battery heats up only after heating the free fraction of the electrolyte solution. The ratio of the heats with thermostated heating device and the proposed device and makes Q _t / C _{offers small} _t = m with _m / m _{offers small} _{offers small} c = 6.4 2800/35 140 = 3.6 times.

При всех допущениях в пользу термостатированного устройства, последнее оказывается более затратны по тепловой энергии.With all the assumptions in favor of a temperature-controlled device, the latter turns out to be more costly for thermal energy.

Сопоставительный анализ показал, что по расходу тепловой энергии и по времени нагрева предполагаемое изобретение имеет существенные преимущества. При теплопроводностях свинца 35 Вт / (м К) и воды 0.6 Вт / (м К) скорость передачи тепла предлагаемым устройством быстрее в 35/0.6=58 раз.Comparative analysis showed that in terms of heat consumption and heating time, the proposed invention has significant advantages. With lead thermal conductivities of 35 W / (m K) and water of 0.6 W / (m K), the heat transfer rate of the proposed device is 35 / 0.6 = 58 times faster.

Claims

A heated rechargeable battery comprising a housing, blocks of positive and negative electrodes separated by separators, placed separately in the housing, electrical leads of electrode blocks and a heater, characterized in that the heater contains a heat transmitter connected to electrical leads through electrically insulating connectors, a source of thermal energy, placed in a heat transfer device, and a heat insulating cover located above the free surface of the heat transfer device.