RU28279U1 - Конденсаторный накопитель энергии - Google Patents

Description

Так, В пусковых НЭ, используемых для запуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС), при Т О КПД выхода энергии на нагрузку 0,04 Ом (сопротивление электростартера) составляет 85-100%. При снижении температуры

до - 20°C внутреннее сопротивление возрастает на 208%, а КПД энергии выхода

составляет 55% ( см, Investigation and Developing of Double Layer Capacitors for

start of Internal Combustion Engines and of Accelerating Systems of Hybrid Electrical

Drive. The 6th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar

Energy Storage Devices; December 9-11, 1996,

Deerfield Beach ; Florida; V 6.

A.I. Beliakov, ELIT Co, Russia. Стр. 3,8,9,13,14,19-24,26)

Наиболее близким к заявленному объекту по совокупности признаков является конденсаторный накопитель энергии, содержащий корпус, один или несколько конденсаторов с двойным электрическим слоем, каждый из которых состоит из поляризуемых и токоподводящих электродов и сепараторов, пропитанных электролитом.

В этом НЭ относительно малое внутреннее сопротивление, в том числе и при эксплуатации в условиях низких температур, обеспечивалось составом электролита, материалом и размерами поляризуемых электродов. Его электрические параметры при понижении температуры также ухудшаются.

Так, при понижении Т от О до -30°С значение внутреннего сопротивления этого НЭ увеличивается в 1,6 раза, а КНД уменьшается в 1,3 раза. Поэтому, для обеспечения выделения на нагрузке при Т такого же количества энергии, как и при , необходимо увеличить в 1,3 раза энергозапас НЭ, что приведет к увеличению его объема, массы и стоимости (cM.Application of Ultracapacitors as

Traction Energy Sources, The 7th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Devices. December 8-10, 1997, Deerfield Beach, Florida, USA, V.7- Varakin I.N., Klementov A.D et al.. Limited Co. Russia, стр. 1,25.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения КПД конденсаторного накопителя энергии при эксплуатации в условиях низких температур за счет снижения внутреннего сопротивления накопителя энергии.

Для достижения указанного технического результата в конденсаторном накопителе энергии, содержаш;ем один или несколько конденсаторов с двойным электрическим слоем, каждый из которых состоит из корпуса, поляризуемых и токоподводяших электродов, сепараторов, пропитанных электролитом, конденсаторный накопитель энергии снабжен резистивным электронагревателем.

Кроме того, электронагреватель выполнен плоским.

По крайней мере, один из токоподводяш;их электродов резистивного электронагревателя одновременно является крайним токоподводяшим электродом конденсатора.

Резистивный электронагреватель представляет собой слой материала с высоким удельным электросопротивлением, который расположен на поверхности токоподводящего электрода и составляет с ним единое целое.

Резистивный электронагреватель расположен между конденсаторами .

Резистивный электронагреватель расположен между конденсатором и корпусом.

Благодаря наличию этих признаков, эксплуатация конденсаторного накопителя энергии в условиях низких температур осуществляется без снижения его КПД и без увеличения его размеров и массы за счет обеспечения возможности его подогрева.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого конденсаторного накопителя энергии в виде одного конденсатора с плоским резистивным электронагревателем, размещенным меду конденсатором и корпусом.

На фиг.2 - конденсаторный накопитель в виде нескольких конденсаторов с резистивным электронагревателем, расположенным между конденсаторами.

Конденсаторный накопитель энергии (НЭ) содержит корпус 1 с одним или несколькими конденсаторами 2 с двойным электрическим слоем. Каждый из конденсаторов состоит из поляризуемых электродов 3, токоподводящих электродов 4 и сепараторов 5, пропитанных электролитом (фиг.1).

Накопитель энергии снабжен плоским резистивным электронагревателем , который может быть разных типов. Для примера ниже приведены два варианта нагревателей.

Вариант 1.

В НЭ для нагрева конденсаторов используется резистор, представляющий собой слой материала 6 с высоким удельным электросопротивлением, который расположен на поверхности токоподвода 4 и может составлять с ним единое целое. Таким материалом может быть окись или другое химическое соединение

металла. Резистор имеет два или три токоподвода; по крайней мере один из них одновременно является электродом конденсатора.

Электронагреватель расположен между конденсаторами или между конденсатором и корпусом.

Вариант 2.

В НЭ нагрев конденсаторов может осуществляться резисторами, выполненными в виде прямоугольной пластины из диэлектрического материала, например, из миканита, на которую наматывается нихромовая лента. Пластина с нихромовой лентой закрывается электроизоляционным материалом.

Благодаря наличию нафевателей эксплуатация конденсаторного накопителя в условиях низких температур может осуществляться без ухудщения его электрических параметров, без увеличения размеров и массы.

Конденсаторы и электроды герметизируются, а затем заливаются в корпусе дополнительным герметизирующим отверждающимся веществом, которое имеет хорощие теплоизоляционные свойства. Поэтому почти вся энергия нагревателей будет распределяться внутри НЭ. Это позволяет обеспечить внутри НЭ в течение некоторого времени Т выше 0°С при отрицательных температурах окружающей среды.

Следовательно, при заданных параметрах НЭ при низких температурах (внутреннее сопротивление, КПД разряда, количество отдаваемой на нафузку энергии) у НЭ с внутренним нафевом (ВН) можно сократить число

конденсаторов, массу, объем и стоимость по сравнению с НЭ без ВН. Нагрев НЭ можно производить одновременно с его зарядом.

Пример.

НЭ на основе конденсаторов с двойным электрическим слоем типа

12Ш1-6/0,003, изготавливаемый в АОЗТ ЭЛИТ (г.Курск, Россия) , размерами 105 х 176 х 160 мм, с номинальным напряжением U 12В, имеет 8 параллельно соединенных конденсаторов с общей энергоемкостью бкДж. НЭ отдает на нагрузку RH 0.04 Ом энергию 2,4 кДж при , а при Т -40°С -0,67 кДж в интервале напряжений V 12-6B. Т.е., КНД разряда НЭ на нагрузку составляет 53% при Т 0°С и 14,9% при Т -40°С.

Внутренние нагреватели позволяют поддерживать в этом НЭ температуру Т 0°С при внешней температуре TO -40°С . При этом для обеспечения выделения на нагрузке ( R ) заданной энергии Е 0,67 кДж достаточно использовать 4 конденсатора (вместо 8 ) с общей энергоемкостью не более 3 кДж ( вместо 6 кДж), Их КПД будет равен 36%, а отдаваемая на нагрузку энергия - 0,8 кДж.

Для НЭ с четырьмя конденсаторами достаточно иметь 2 нагревателя. Толщина каждого нагревателя - 3 мм.

Питание нагревателей и заряд НЭ осуществляется от одного источника тока с напряжением .

Значения тока ( I ) и сопротивления (Кн ) нап евателя вычисляются из соотношения

Q /./ -г,

где Q -количество энергии, необходимое для нагрева конденсаторов;

t - время нагрева;

U-напряжение аккумуляторной батареи.

Для НЭ с четырьмя конденсаторами Q 19 кДж. При максимальной температуре нагревателей 60°С время нагрева НЭ от Т -40°С до Т 0°С t 3,5 мин.

Отсюда 1 3,8А; RH 3,2 Ом.

Данный пример показывает возможность повышения КПД при низких температурах, уменьшения объема, массы и стоимости накопителей энергии за счет использования внутренних нагревателей. Использование предлагаемого технического решения в пусковых конденсаторных накопителях энергии обеспечивает надежность пуска двигателей внутреннего сгорания в условиях низких температур. RH

Генеральный директор АОЗТ ЭЛИТ, д L/v/ А.И.Беляков

Claims (6)

1. Конденсаторный накопитель энергии, содержащий корпус, один или несколько конденсаторов с двойным электрическим слоем, каждый из которых состоит из поляризуемых и токоподводящих электродов, сепараторов, пропитанных электролитом, отличающийся тем, что конденсаторный накопитель энергии снабжен резистивным электронагревателем.

2. Конденсаторный накопитель энергии по п.1, отличающийся тем, что резистивный электронагреватель выполнен плоским.

3. Конденсаторный накопитель энергии по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из токоподводящих электродов нагревателя одновременно является крайним токоподводящим электродом конденсатора.

4. Конденсаторный накопитель энергии по пп.1-3, отличающийся тем, что резистивный электронагреватель представляет собой слой материала с высоким удельным электросопротивлением, который расположен на поверхности токоподводящего электрода и составляет с ним единое целое.

5. Конденсаторный накопитель энергии по пп.1-4, отличающийся тем, что резистивный электронагреватель расположен между конденсаторами.

6. Конденсаторный накопитель энергии по пп.1-4, отличающийся тем, что резистивный электронагреватель расположен между конденсатором и корпусом.