RU39745U1 - Первичная литиевая батарея (варианты) - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве батарей из первичных химических источников тока (ХИТ), например, с тионилхлорид-литиевыми или сульфурилхлорид-литиевыми элементами, предназначенных для резервного электропитания систем телемеханики и аварийной сигнализации, для обеспечения электроэнергией автономной аппаратуры внутритруб-ных диагностических устройств и приборов нефтепроводов и газопроводов. Задача - создание надежной в эксплуатации, пожаро- и взрывобезопасной первичной литиевой батареи с повышенной энергией для использования в нефтегазовой промышленности, в частности, в герметичных батарейных отсеках для внутритрубных диагностических устройств нефтепроводов и газопроводов. Технический результат - исключение резкого перераспределения токов в цепях батареи, перегрева источников тока, возможной разгерметизации отдельных источников тока, а также уменьшение прямой зависимости между высокой удельной энергией литиевых ХИТ и их пожаровзрывоопасностью при эксплуатации с возможно глубокими разрядами отдельных ХИТ, их возможными переполюсовками и потенциально возможными при этих условиях разгерметизациями ХИТ в герметичных батарейных отсеках. Первичная литиевая батарея содержит, по крайней мере, два последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, при этом в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт-час, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%. Батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит, по крайней мере, два диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и последовательно соединенные термопредохранитель и диод, подключенные к выходу ИТ, последнего в цепи последовательно соединенных ИТ.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве батарей из первичных химических источников тока (ХИТ), например, с тионилхлоридлитиевыми или сульфурилхлоридлитиевыми элементами, предназначенных для резервного электропитания систем телемеханики и аварийной сигнализации, для обеспечения электроэнергией автономной аппаратуры внутритрубных диагностических устройств и приборов нефтепроводов и газопроводов, а также для применения в качестве автономных источников электроэнергии постоянного тока для питания других различных электронных устройств и приборов.

В последнее время в мировой практике большое распространение приобретают ХИТ, в которых в качестве анода используется литий. Литиевые источники тока обладают высокой удельной энергией. Однако, при случайных внешних коротких замыканиях или внутренних замыканиях за счет дендритов или случайных внешних механических повреждений, литиевые ХИТ выходят из строя, что может сопровождаться их перегревом, разгерметизацией и взрывом. Первичные литиевые ХИТ не допускают их заряда, который также может приводить к вышеперечисленным последствиям. Литий-диоксид марганцевые ХИТ способны к горению в замкнутых объемах (без доступа кислорода), что может сопровождаться повышением давления в герметичных батарейных отсеках, приводящего к их взрыву. Для решения вышеперечисленных проблем принимаются различные меры, такие как введение добавок в электролит, ограничивающих рост дендритов, выбор более стойких сепарационных материалов, изменение конструкции сепаратора и т.п. Однако все эти мероприятия проблем не решают.

Кроме этого, небольшие различия в характеристиках отдельных ХИТ (единицы процентов от номинальных параметров), имеющие место при комплектовании батарей (например, по емкости), приводят в процессе эксплуатации батарей к значительному разбросу, разбалансу (десятки процентов) в степени заряженности отдельных ХИТ. Следствием этого является снижение уровня отдаваемой энергии в нагрузку, перезаряд и недопустимо глубокий разряд отдельных ХИТ с возможностью их переполюсовки, разгерметизация и дальнейшие другие необратимые явления.

Широко известны батареи существующих конструкций, которые, как правило, состоят из ХИТ, имеющих определенное число параллельно соединенных электродов.

Известен также способ изготовления батареи путем нанесения на одну сторону металлической пластинчатой подложки активной массы электрода одной полярности, например, отрицательного, установки сепаратора, помещения в сепаратор электрода противоположной полярности, например, положительного, сгибания подложки по осевой линии вокруг сепаратора и электрода противоположной полярности, разделения полученных ХИТ изоляционным материалом, заливки пространства между ХИТ термореактивным компаундом и соединения отдельных ХИТ в батарею. На кромке металлической подложки после ее сгибания устанавливают в зоне сварного шва заливочный штуцер и токоотвод внутреннего электрода с проходным изолятором и сваривают подложку по периметру. Соединение отдельных ХИТ в батарею осуществляют путем впаивания токоотвода внутреннего электрода, например, положительного, одного ХИТ в заливочный штуцер соседнего ХИТ. Известна также батарея, изготовленная по описанному выше способу, состоящая из последовательно и параллельно соединенных ХИТ, причем отношение количества последовательно и параллельно соединенных ХИТ равно 0,25-200 (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №535633, МПК Н 01 М 10/34, Н 01 М 10/28, опубл. 15.11.1976 г.).

Недостатком конструкции описанной выше батареи является то, что она не может быть скомплектована из первичных литиевых ХИТ, так как позволяет заряд отдельных ХИТ батареи за счет разряда других ХИТ. Заряд же первичных литиевых ХИТ недопустим, так как он может приводить к перегревам ХИТ, их разгерметизации и взрыву.

Известны литий-диоксид марганцевые батареи (например, 12 МРЛ-800, ЖФИР.563562.003 ТУ "С", 12 МРЛ 400, ИЛВЕ.563214.009 ТУ "С", изготовитель ОАО "ЛИТИЙ-ЭЛЕМЕНТ", г, Саратов). Батареи собраны из отдельных ХИТ, состоящих из отрицательных литиевых и положительных диоксидмарганцевых электродов, разделенных сепаратором, собранных в призматический блок, пропитанный электролитом. Блок помещен в герметичный корпус из нержавеющей стали. Такие батареи обладают высокой удельной энергией и могут быть собраны последовательно-параллельным соединением отдельных ХИТ на любое номинальное напряжение, кратное 3В, и практически любую электрическую емкость и мощность.

Они обладают высокой сохранностью заряда (более 10 лет) и достаточно высокой надежностью. Однако недостатком литий-диоксид марганцевых батарей является их способность к горению в герметичных батарейных отсеках (без доступа кислорода) при возникновении различных внештатных ситуаций (например, при механическом повреждении отдельных ХИТ при монтаже батарей). Горение батареи в герметичных

батарейных отсеках может сопровождаться повышением давления, приводящему к взрыву батарейного отсека.

Известны батареи ХИТ, в которых используются различные электронные регуляторы. Например, известно устройство нивелирования разбаланса напряжений по крайней мере на двух соединенных между собой ячейках аккумуляторной батареи или по крайне мере на двух соединенных между собой батареях, содержащее трансформатор с рабочими обмотками на одном сердечнике, число которых соответствует числу ячеек или батарей, при этом каждая из рабочих обмоток имеет одинаковое число витков, управляющий ключевой элемент, последовательно соединенный с каждой рабочей обмоткой в соответствующей ячейке или батарее, и систему управления в виде коммутирующего элемента питания, соединенного с выводами аккумуляторной батареи, генератора импульсов и формирователя импульсов управления ключевыми элементами, выполненного в виде соединенной с управляющим входом каждого ключевого элемента соответствующей емкости, и соответствующих параллельно соединенных друг с другом резистора и диода, соединенных с управляющим входом соответствующего ключевого элемента и соответствующей ячейкой или батареей, при этом в устройство дополнительно введены системы размагничивания трансформатора, источник питания и драйвер управления, установленный в системе управления, при этом соответствующие емкости формирователя импульсов управления ключевыми элементами объединенным общим выводом соединены с выходом драйвера управления, входом подключенного к выходу генератора импульсов, источник питания соединен с коммутирующим элементом питания и выходом - с цепью питания системы управления, а система размагничивания трансформатора соединена с цепью питания устройства (см. патент РФ на изобретение №2156533, МПК Н 02 J 7/00, Н 02 J 7/34, опубл. 20.09.2000 г.).

Недостатком описанного выше известного устройства является его достаточная сложность, а следовательно, недостаточная надежность. Устройство практически неприменимо из-за сложности и низкой надежности при количестве отдельных ХИТ, составляющих батарею, более 10 штук.

Известна также батарея с водным электролитом, например, батарея NaS, содержащая, по крайней мере, две параллельно соединенные ветви, которые соответственно состоят из рядов m+n ячеек, соединенных параллельно, при этом "m" и "n" являются любыми натуральными числами. Батарея снабжена схемой для измерения разбаланса напряжений на соединенных между собой ячейках батареи,

обеспечивающей возможность контролировать состояние частей батареи (см. патент ВОИС на изобретение №8602738, МПК Н 01 М 10/48, G 01 R 31/36, опубл. 09.05.1986 г.).

Так как при последовательно-параллельном соединении источников тока при разряде (заряде) незначительный разброс, например по емкости, отдельных источников тока, приводит к значительному разбалансу (например, остаточная емкость в конце разряда) групп источников тока, составляющих батарею, то в известном техническом решении предлагается схема контроля разбаланса групп источников тока при разряде (заряде) батареи. Однако низкая надежность и низкая электрическая емкость таких батарей не позволяют их использовать в условиях пожаро- и взрывобезопасной эксплуатации для обеспечения электроэнергией автономной аппаратуры внутритрубных диагностических устройств нефтегазовой промышленности.

Известна первичная батарея, являющаяся наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели, используемая с устройством, имеющим напряжение отключения, содержащая контейнер, имеющий положительную клемму и отрицательную клемму, первичный гальванический элемент, расположенный внутри контейнера, при этом элемент имеет положительный электрод, отрицательный электрод, напряжение, измеряемое между положительным и отрицательным электродами, и номинальное напряжение, содержит регулятор, электрически подсоединенный между электродами элемента и клеммами контейнера, для создания выходного напряжения, измеряемого между положительной и отрицательной клеммами контейнера, причем регулятор обеспечивает одну или более из следующих операций: включение преобразователя, приспособленного для работы на напряжении элемента, которое меньше напряжения отключения устройства, так что регулятор увеличивает продолжительность работы батареи посредством преобразования напряжения элемента в выходное напряжение, чтобы выходное напряжение оказывалось больше напряжения отключения устройства, когда напряжение элемента меньше, чем напряжение отключения, причем преобразователь обеспечивает также преобразование напряжения элемента в выходное напряжение таким образом, что выходное напряжение меньше, чем напряжение элемента, когда напряжение элемента больше, чем номинальное напряжение, включение преобразователя, который преобразовывает напряжение элемента в выходное напряжение, содержит конденсатор, который обеспечивает аккумулирование электрического заряда, для защиты элемента от пиковых токов, при этом первичная батарея представляет собой одну из одноэлементной батареи, универсальной одноэлементной батареи, многоэлементной батареи и многоэлементной гибридной батареи. При этом первичная батарея может быть приспособлена для электрического

подсоединения в качестве одной из целого числа батарей последовательно с устройством, где выходное напряжение больше или равно напряжению отключения устройства, отделенного целым числом батарей, и/или в которой первичная батарея является многоэлементной батареей, причем первичная батарея далее содержит положительную выходную клемму и отрицательную выходную клемму, контейнер, при этом элемент и регулятор образуют первый блок, который является одним из целого числа блоков элементов, электрически подсоединенных последовательно между положительной выходной клеммой и отрицательной выходной клеммой, выходное напряжение больше или равно напряжению отключения устройства, отделенного целым числом блоков элементов. Кроме того, преобразователь в первичной батареи дополнительно содержит схему управления, электрически подсоединенную к положительному и отрицательному электродам элемента, причем схема управления предпочтительно включает в себя импульсный модулятор, более предпочтительно импульсный модулятор включает в себя широтно-импульсный модулятор, имеющий по меньшей мере один входной управляющий сигнал, еще более предпочтительно импульсный модулятор приспособлен для электронного отсоединения преобразователя от элемента и электронного подсоединения преобразователя к элементу, на основании, по меньшей мере частично, одного или более управляющих сигналов, выбранных из группы внутреннего полного сопротивления элемента, потребляемого тока и выходного напряжения, еще более предпочтительно импульсный модулятор приспособлен для электронного подсоединения преобразователя между электродами элемента и клеммами контейнера, когда напряжение элемента падает до заранее определенного уровня напряжения, при этом заранее определенный уровень напряжения предпочтительно находится в диапазоне от напряжения отключения устройства до приблизительно номинального напряжения элемента, возбудитель постоянного/переменного тока, электрически подсоединенный к схеме управления, и синхронный выпрямитель, электрически подсоединенный к возбудителю постоянного/переменного тока и к положительной и отрицательной клеммам контейнера. Как указывалось, первичная батарея в предложенном известном техническом решении включает в себя регулятор для продления срока службы батареи за счет безопасной более глубокой разрядки отдельных элементов, исключающей переполюсовку элементов, недопустимый заряд, перезаряд и т.п. Гальванический элемент (элементы) можно компоновать либо в одноэлементные, либо в многоэлементные батареи. Многоэлементные батареи могут включать в себя два или больше однотипных гальванических элемента или включать в себя два или больше гальванических элемента различных типов в гибридной батарее. Многоэлементная батарея

в предложенном известном техническом решении может содержать гальванические элементы, электрически расположенные последовательно и/или параллельно. Регулятор (регуляторы) одноэлементной батареи можно электрически соединять последовательно и/или параллельно с гальваническим элементом (элементами) внутри контейнера элемента и компоновать внутри корпуса, который по меньшей мере частично содержит контейнер элемента, или прикреплять к контейнеру, корпусу или к этикетке или к любой другой структуре, прикрепленной к контейнеру или корпусу (см. патент РФ на изобретение №2214655, МПК Н 01 М 10/44, Н 01 М 10/48, Н 02 J 7/00, опубл. 20.10.2003 г.).

Использование электронных устройств в батареях ХИТ позволяет выполнять многочисленные и разнообразные операции, в том числе: производить измерения напряжений и токов разряда отдельных ХИТ как до начала их разряда, так и в процессе разряда; производить отключение (шунтирование) отдельных ХИТ при полном его разряде для исключения глубокой переполюсовки; производить отключение отдельных ХИТ или цепей последовательно соединенных ХИТ, имеющих пониженное напряжение, для исключения возможности их заряда от цепей, имеющих более высокое напряжение; производить отключение батареи в целом или отдельных цепей при различных внештатных (аварийных) ситуациях, а также обеспечивать другие функции (например, определение степени разряженности батареи и/или ее отдельных элементов).

Недостатком описанного выше устройства является его сложность, а следовательно, недостаточная надежность. При преобразовании энергии ХИТ и передаче ее в нагрузку, часть энергии безвозвратно теряется. Кроме того, предложенные выше электронные устройства достаточно дорогостоящие, что приводит к нецелесообразности их использования в батареях, собранных из первичных (разовых) литиевых ХИТ.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание надежной в эксплуатации, пожаро- и взрывобезопасной первичной литиевой батареи с повышенной энергией для использования в нефтегазовой промышленности, в частности, в герметичных батарейных отсеках для внутритрубных диагностических устройств нефтепроводов и газопроводов.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной полезной модели, является исключение резкого перераспределения токов в цепях батареи, перегрева источников тока, возможной разгерметизации отдельных источников тока, а также уменьшение прямой зависимости между высокой удельной энергией литиевых ХИТ и их пожаровзрывоопасностью при эксплуатации с возможно глубокими

разрядами отдельных ХИТ, их возможными переполюсовками и потенциально возможными при этих условиях разгерметизациями ХИТ в герметичных батарейных отсеках.

Поставленная задача достигается тем, что в первичной литиевой батарее, содержащей, по крайней мере, два последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, согласно полезной модели, в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт-час, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%.

При этом батарея может быть дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит, по крайней мере, два диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и последовательно соединенные термопредохранитель и диод, подключенные к выходу ИТ, последнего в цепи последовательно соединенных ИТ.

В качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литийтионилхлорид или литийсульфурилхлорид.

Поставленная задача также достигается тем, что в первичной литиевой батарее, содержащей, по крайней мере, два параллельно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, согласно полезной модели, в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт-час, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%.

При этом батарея может быть дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит, по крайней мере, два диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и, по крайней мере, две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные термопредохранитель и диод и подключена к выходу каждого из параллельно подключенных ИТ.

В качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литийтионилхлорид или литийсульфурилхлорид.

Поставленная задача также достигается тем, что в первичной литиевой батареи, содержащей, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит, по крайней мере, из двух последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, согласно полезной модели, в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт-час, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%.

При этом батарея может быть дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит, по крайней мере, четыре диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и, по крайней мере, две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные термопредохранитель и диод и подключена к выходу каждого ИТ, являющимся последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ.

В качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид или литий-сульфурилхлорид.

Все варианты выполнения предложенной первичной литиевой батареи направлены на решение одной и той же технической задачи при достижении общего технического результата.

Надежность в эксплуатации, а также пожаро- и взрывобезопасность обусловлены характерным выбором ИТ, где используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид и/или литий-сульфурилхлорид с электрической энергией каждого ИТ в пределах 25-125 Вт-час и разбросом по электрической емкости ИТ, например, между каждыми взятыми в отдельности ИТ, менее 15%.

Использование в батарее ИТ с энергией менее 25 Вт-час нецелесообразно из-за слишком большого их количества и усложнения коммутационных схем. Использование в батарее ИТ с энергией более 125 Вт-час потенциально опасно, так как возможная разгерметизация элемента с энергией более 125 Вт-час может привести не только к разрушению батареи, но и к повреждению батарейного отсека, что недопустимо для внутритрубных диагностических устройств нефтепроводов и газопроводов. Использование в батарее ИТ с разбросом электрической емкости более 15% опасно, так как при этом уменьшается общее количество энергии отдаваемой в нагрузку за счет резкого перераспределения токов в параллельных цепях, их перегрева, возможной разгерметизации отдельных ИТ и срабатывания термопредохранителей.

Электронный регулятор предложенной конструкции может осуществлять любую из следующих операций:

- измерение напряжения отдельных последовательно соединенных цепей ИТ для оценки отсутствия внутренних и/или внешних шунтов ИТ до начала их разряда;

- шунтирование каждого литиевого ИТ при его полном разряде для исключения глубокой переполюсовки;

- отключение последовательно соединенных цепей ИТ, имеющих пониженное напряжение, для исключения возможности их заряда от цепей, имеющих более высокое напряжение;

- отключение батареи в целом или отдельных последовательно соединенных цепей ИТ от нагрузки при внешнем и/или внутреннем коротком замыкании коммутационных цепей, перегреве батареи для исключения внештатных нерегламентированных режимов разряда.

Это также повышает надежность первичной литиевой батареи и ее пожаро- и взрывобезопасность в процессе эксплуатации.

Для предлагаемой первичной литиевой батареи выбраны ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид и/или литий-сульфурилхлорид, поскольку они обладают более высокой удельной энергией в сравнении с другими электрохимическими системами. В отличие, например, от электрохимической системы литий-диоксид марганца, перечисленные выше электрохимические системы в герметичных отсеках не пожароопасны и не могут создать ситуации разрыва герметичного батарейного отсека за счет газов, выделяемых при горении ИТ или их компонентов.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором показан пример электрической принципиальной схемы предложенной первичной литиевой батареи, используемой с электронным регулятором,

Цифровые и буквенные позиции на схеме обозначают следующее: 1 - блок последовательно-параллельно соединенных литиевых ИТ; 2 - электронный регулятор; 3

- блок измерительных приборов; UT_1.1-UT_N.M - первичные литиевые ИТ (где N - количество параллельных цепей; М - количество последовательных соединенных ИТ в каждой из параллельных цепей); VD_1.1-VD_N.M - диоды, обеспечивающие шунтирование ИТ при их полном разряде для исключения глубокой переполюсовки; VD₁-VD_N

- диоды, исключающие заряд отдельных цепей за счет энергии других цепей;

R_t1...R_tN - самовосстанавливаемые термопредохранители; FU - плавкий предохранитель; PV - вольтметр для измерения напряжения отдельных последовательно соединенных цепей ИТ (может не встраиваться в конструкцию электронного регулятора);

SA - переключатель цепей (если вольтметр PV в конструкции батареи не предусмотрен, то вместо переключателя цепей в батарее монтируется технологический разъем для осуществления измерения внешним вольтметром напряжения отдельных последовательно соединенных цепей ИТ); R₁-R_N - добавочные сопротивления; U_бат -напряжение первичной батареи.

Первичная литиевая батарея представляет собой набор литиевых ИТ, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, для обеспечения требуемого напряжения батареи и электрической емкости (энергии), и

объединенных в прочном едином защитном герметичном корпусе, выполненном в виде блока, оборудованным контактными выводами, например, электрическими разъемами.

При этом в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт·час, а разброс электрической емкости между максимально заряженным и максимально разряженным ИТ составляет не более 15%

Первичная литиевая батарея может быть снабжена электронным регулятором, который содержит диоды, количество которых равно количеству ИТ и каждый из которых подключен параллельно к ИТ, а также цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные между собой термопредохранитель и диод, причем количество таких цепей равно либо количеству ИТ подключенных параллельно между собой, в случае, если батарея содержит только параллельно подключенные ИТ, либо количеству параллельно подключенных цепей ИТ соединенных последовательно между собой. В этом случае цепи, содержащие термопредохранитель и диод, подключены к последнему ИТ, находящемуся в цепи последовательно соединенных ИТ.

При работе первичной литиевой батареи в случае разряда в блоке 1, последовательно-параллельно соединенных литиевых ИТ, отдельного ИТ UT_1.1...UT_X.M, например, имеющем меньшую емкость, срабатывает диод VD_1.1...VD_N.M (в качестве которых могут быть использованы, например, отечественные кремниевые диоды типа 2Д213АД ГОСТ В22468-77 и 3.362.008ТУ или зарубежные диоды Шоттки серии 12CTQ040 производства «International Rektifier», США) электронного регулятора 2, подключенный параллельно к этому ИТ, после чего ток начинает идти через этот диод, минуя разряженный ИТ, исключая переполюсовку (изменение полярности) разряженного ИТ. Таким образом, исключается глубокая переполюсовка, которая, например, для литиевых ИТ может привести к их взрыву.

Кроме того, при чрезмерном нагреве ИТ при разряде ИТ срабатывают самовосстанавливающие термопредохранители R_t1...R_tN (в качестве которых могут быть использованы самовосстанавливающие термопредохранители, например, типа RUE 160 производства Тусо Electronics Corporation Raychern CIRCUIT PROTECTION). При этом в случае чрезмерного нагрева одной из цепей, вызванного, например, разрядами большого числа последовательно соединенных ИТ, находящихся в одной цепи, происходит отключение этой цепи, при помощи диодов VD₁...VD_N (в качестве которых могут быть использованы, например, кремниевые диоды 1N4001-1N4004 производства «International Rektifier», США), шунтирующих каждую цепь в отдельности.

Измерение напряжения в каждой цепи батареи может производиться блоком измерительных приборов 3, содержащим, например, вольтметр PV.

Электрические характеристики батареи зависят от типа используемых в них ИТ и от количества ИТ в батарее.

Предлагаемое техническое решение базируется на экспериментальных исследованиях, подтверждающих его реализуемость и эффективность.

Ниже приведены характеристики батареи, состоящей из 153 (17 параллельных цепей, каждая из которых содержит 9 последовательно соединенных ИТ) штук первичных литиевых ИТ типоразмера ER20 электрохимической системы литий-тионилхлорид:

- напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) - (32,85±0,45) В,

- конечное напряжение разряда не ниже 19В;

- рабочий ток разряда - 2,44 А;

- максимальный ток - 8 А.

Указанные характеристики обеспечиваются при и/или после следующих воздействий:

- при механических воздействиях при эксплуатации - вибрации в диапазоне частот 0,5-150 Гц с ускорением 120 м/с² (12 g);

- при механических воздействиях при эксплуатации - одиночный удар с ускорением 200 м/с² (20 g);

- после транспортирования с механическими воздействиями - ударами с ускорением 100 м/с² (10 g) длительностью 10 мс и ударами с ускорением 150 м/с² (15 g) длительностью 10 мс;

- при и/или после воздействия разрежения величиной 0,3·10⁵ Па (225 мм рт.ст.). Батарея в составе готового изделия, например, дефектоскопа, работоспособна при и/или после следующих воздействий: при рабочей температуре от 0°С до +60°С;

- после воздействия предельных температур от -40°С до +60°С.

Предложенная первичная литиевая батарея имеет высокую энергоемкость, низкий саморазряд (менее 1% в год), отсутствие газовыделений при герметичном исполнении, пожаро- и взрывобезопасность, мгновенную готовность к работе, а также возможность последовательно-параллельного соединения для обеспечения необходимой емкости и напряжения, и при этом не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Конструкция предложенной батареи обеспечивает ее работоспособность при любом положении в пространстве; пожаро- и взрывобезопасность при хранении, транспортировке и эксплуатации; безопасность обслуживающего персонала при производстве и применении по назначению; работоспособность при пониженном давлении до 0,3·10⁵ Па (22 5 мм рт.ст.).

Claims (12)

1. Первичная литиевая батарея, содержащая по крайней мере два последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт·ч, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%, при этом батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит по крайней мере два диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и последовательно соединенные термопредохранитель и диод, подключенные к выходу ИТ, последнего в цепи последовательно соединенных ИТ.

2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид.

3. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-сульфурилхлорид.

4. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид и литий-сульфурилхлорид.

5. Первичная литиевая батарея, содержащая по крайней мере два параллельно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт·ч, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%, при этом батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит по крайней мере два диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и по крайней мере две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные термопредохранитель и диод и подключена к выходу каждого из параллельно подключенных ИТ.

6. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид.

7. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-сульфурилхлорид.

8. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид и литий-сульфурилхлорид.

9. Первичная литиевая батарея, содержащая по крайней мере две параллельных цепи, каждая из которых состоит по крайней мере из двух последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ), объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используют ИТ, энергия которых лежит в диапазоне 25-125 Вт·ч, а разброс электрической емкости между ИТ составляет не более 15%, при этом батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит по крайней мере четыре диода, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и по крайней мере две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные термопредохранитель и диод и подключена к выходу каждого ИТ, являющегося последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ.

10. Батарея по п.9, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид.

11. Батарея по п.9, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-сульфурилхлорид.

12. Батарея по п.9, отличающаяся тем, что в качестве первичных литиевых ИТ используются ИТ электрохимических систем литий-тионилхлорид и литий-сульфурилхлорид.