RU62292U1

RU62292U1 - PRIMARY LITHIUM BATTERY (OPTIONS)

Info

Publication number: RU62292U1
Application number: RU2006144270/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Шаронов; Николай Павлович Ковынев; Евгений Иванович Дмитриев; Сергей Александрович Галкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Литий-Элемент"
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-03-27

Abstract

Первичная литиевая батарея предназначена для основного и резервного обеспечения электроэнергией автономной диагностической аппаратуры внутритрубных инспекционных приборов нефтепроводов и газопроводов. Батарея содержит, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичных литиевых источников тока (ИТ). При этом батарея дополнительно снабжена диодами, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и диодами, каждый из которых подключен последовательно после каждого ИТ, являющимся последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ. Между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами последовательно включен самовосстанавливающийся предохранитель, что позволяет обеспечить обратимые изменения сопротивления цепи при исключении обратного протекания тока через ИТ и его заряда. 2 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The primary lithium battery is designed for primary and backup power supply of autonomous diagnostic equipment for in-pipe inspection devices for oil and gas pipelines. The battery contains at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium current sources (IT). In this case, the battery is additionally equipped with diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and diodes, each of which is connected in series after each IT, which is the last in each circuit of series-connected IT. A self-healing fuse is connected in series between each parallel connection of two adjacent ITs with their corresponding diodes, which allows for reversible changes in the circuit resistance while eliminating the reverse current flow through the IT and its charge. 2 n.p. f-ly, 2 z.p. f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве батарей из первичных химических источников тока (ИТ), которые предназначены для основного и резервного обеспечения электроэнергией систем телемеханики и аварийной сигнализации, автономной диагностической аппаратуры внутритрубных инспекционных приборов нефтепроводов и газопроводов, а также для применения в качестве автономных источников питания других различных электронных устройств и приборов.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of batteries from primary chemical current sources (IT), which are designed for primary and backup power supply of telemechanics and alarm systems, autonomous diagnostic equipment for in-line inspection devices for oil and gas pipelines, as well as for use as autonomous power supplies of various other electronic devices and devices.

Известна первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичных литиевых ИТ, объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, при этом батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит диоды, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и, по крайней мере, два диода, подключенных последовательно после каждого ИТ, являющегося последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ, при этом батарея содержит литиевые ИТ одной электрохимической системы, а все цепи содержат одинаковое количество ИТ, при этом разность между значениями выходного напряжения батареи без внешней нагрузки и выходного напряжения батареи под нагрузкой не превышает четырехкратного значения выходного напряжения любого ИТ батареи, измеренного без нагрузки (см. патент на полезную модель №43106, МПК Н01М 10/48, опубл. 27.12.2004 г.).Known primary lithium battery containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium IT, combined in a single housing equipped with contact leads, while the battery is additionally equipped with an electronic controller that contains diodes, each of which connected in parallel with one IT, and at least two diodes connected in series after each IT, which is the last in each chain of IT connected in series, while the battery with It holds lithium IT of one electrochemical system, and all circuits contain the same amount of IT, while the difference between the output voltage of the battery without external load and the output voltage of the battery under load does not exceed four times the output voltage of any IT battery measured without load (see patent for Utility Model No. 43106, IPC Н01М 10/48, published on December 27, 2004).

Известная конструкция батареи предусматривает наличие диода в каждой цепи последовательно включенных ИТ, и диодов, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ. Однако, диодная защита не исключает возможности возникновения и последствий внутрисхемных замыканий, таких, например, как замыканий всей последовательно соединенной цепи ИТ или ее части, а также междуцепных замыканий, например, замыканий трех ИТ одной цепи с двумя ИТ соседней цепи. Последствия таких внутрисхемных замыканий могут приводить к разряду ИТ током выше допустимого, а также к их заряду и, как следствие, к взрыву батареи внутри герметичного батарейного отсека, разрушению батарейного отсека, что приводит к снижению безопасности при эксплуатации батареи. Необходимость сборки батареи известной конструкции заведомо The known battery design provides for a diode in each circuit of series-connected IT, and diodes, each of which is connected in parallel with one IT. However, diode protection does not exclude the possibility of the occurrence and consequences of in-circuit short circuits, such as, for example, short circuits of the entire series IT circuit or part thereof, as well as inter-circuit short circuits, for example, short circuits of three IT circuits of the same circuit with two adjacent circuit ITs. The consequences of such in-circuit short circuits can lead to a discharge of IT current above the permissible level, as well as to their charge and, as a result, to explosion of the battery inside the sealed battery compartment, destruction of the battery compartment, which leads to a decrease in safety during battery operation. The need to assemble a known-known battery

без таких замыканий вынуждает увеличивать расстояния между ИТ, что негативно сказывается на ее габаритах. При этом без увеличения габаритов производство батареи известной конструкции в значительной степени затруднено.without such closures, it forces to increase the distance between IT, which negatively affects its dimensions. At the same time, without increasing the dimensions, the production of a battery of known design is largely difficult.

Известна также первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит, по крайней мере, из двух последовательно соединенных первичных литиевых 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·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 (см. патент РФ на полезную модель №39745, МПК Н01М 10/48, опубл. 10.08.2004 г.).A primary lithium battery is also known, containing at least two parallel circuits, each of which consists of at least two series-connected primary lithium ITs, combined in a single housing equipped with contact leads, while primary lithium ITs are used IT, the energy of which lies in the range of 25-125 Wh, and the dispersion of the electric capacitance between IT is no more than 15%, while the battery is additionally equipped with an electronic regulator that contains at least four diodes, each of which is connected in parallel with one IT and at least two circuits, each of which contains a thermal fuse and a diode connected in series and is connected to the output of each IT, which is the last in each chain of IT connected in series (see RF patent for utility model No. 39745, IPC Н01М 10/48, published on 08/10/2004).

Конструкция этой батареи более безопасна, так как каждая последовательная цепь снабжена термопредохранителем. Термопредохранители защищают от возможных внутрисхемных замыканий "плюсовых" монтажных проводников с ИТ батареи. Однако, это не исключает возможность возникновения внутрисхемных замыканий, таких как, например, между корпусами ИТ, в том числе межцепных замыканий, таких как, например, замыканий трех ИТ одной цепи с двумя ИТ соседней цепи, что снижает надежность батареи. Последствия таких внутрисхемных замыканий крайней негативны, в связи с чем, недопустимы. Сборка батареи приведенной конструкции также вынуждает увеличивать расстояния между ИТ, что приводит к увеличению габаритов батареи. При этом из-за увеличения габаритов производство батарей в значительной степени затруднено.The design of this battery is safer, since each series circuit is equipped with a thermal fuse. Thermal fuses protect against possible in-circuit short circuits of “positive” mounting conductors with IT batteries. However, this does not exclude the possibility of in-circuit faults, such as, for example, between IT cases, including inter-circuit faults, such as, for example, faults of three ITs of one circuit with two ITs of an adjacent circuit, which reduces battery reliability. The consequences of such in-circuit faults are extremely negative, and therefore unacceptable. The assembly of the battery of the above design also forces to increase the distance between IT, which leads to an increase in the size of the battery. However, due to the increase in size, the production of batteries is largely difficult.

Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является известная первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичных литиевых ИТ, объединенных в едином корпусе, оборудованном контактными выводами, при этом батарея дополнительно снабжена электронным регулятором, который содержит диоды, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и, по крайней мере, два диода, подключенных последовательно после каждого ИТ, являющегося последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ, при этом каждая цепь последовательно соединенных первичных литиевых ИТ дополнительно снабжена предохранителем, The closest analogue to the proposed technical solution is the well-known primary lithium battery, containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium IT, combined in a single housing equipped with contact leads, while the battery is additionally equipped with an electronic regulator , which contains diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and at least two diodes connected in series after each IT, which is the last in each chain of series-connected IT, each circuit of series-connected primary lithium IT is additionally equipped with a fuse,

включенным между общим проводом всех параллельных цепей и первым ИТ цепи. По крайней мере, одна цепь последовательно соединенных первичных литиевых ИТ может быть дополнительно снабжена предохранителями, включенными между каждым ИТ цепи и его соединением с диодом, включенным параллельно ИТ (см. патент на полезную модель №46388, МПК Н01М 10/48, опубл. 27.06.2005 г.).connected between the common wire of all parallel circuits and the first IT circuit. At least one circuit of series-connected primary lithium ITs can be additionally equipped with fuses connected between each IT circuit and its connection with a diode connected in parallel with IT (see utility model patent No. 46388, IPC Н01М 10/48, publ. 27.06 .2005).

Однако, известной конструкции батареи также присуща чрезмерная сложность изготовления. Это обусловлено тем, что при изготовлении батареи вследствие ее малых габаритов и малых расстояний между элементами электрической схемы батареи, возможны кратковременные внутрисхемные замыкания, при которых происходит срабатывание большого количества предохранителей, после чего необходима замена всех сработавших ("перегоревших") предохранителей. Вместе с тем, их отсутствие или недостаточное количество (а именно отсутствие предохранителей между ИТ) при возникновении внутрисхемных замыканий может привести к заряду ИТ, разряду током выше допустимого, нагрев и последующий взрыв. В эксплуатации, например, при монтаже батарей в батарейном отсеке, а также, например, при стендовом испытании батареи возможны кратковременные увеличения токов, которые приведут к срабатыванию некоторого количества предохранителей. Так как конструкция батареи такова, что предохранители расположены внутри батареи вблизи ИТ, то это приводит к выходу батареи из строя. Из-за сложности замены "сгоревших" предохранителей, что возможно только на предприятии-изготовителе, снижается надежность батареи в эксплуатации.However, the prior art battery design also has excessive manufacturing complexity. This is due to the fact that in the manufacture of the battery due to its small size and small distances between the elements of the battery circuitry, short-circuit in-circuit faults are possible, during which a large number of fuses are triggered, after which it is necessary to replace all fuses (“blown”) fuses. At the same time, their absence or insufficient number (namely, the absence of fuses between IT) in the event of in-circuit short circuits can lead to a charge of IT, a discharge by current above the permissible limit, heating and subsequent explosion. In operation, for example, when installing batteries in the battery compartment, as well as, for example, during bench testing of the battery, short-term current increases are possible, which will lead to the operation of a certain number of fuses. Since the design of the battery is such that the fuses are located inside the battery near IT, this leads to battery failure. Due to the difficulty of replacing “blown” fuses, which is possible only at the manufacturer, the reliability of the battery in use is reduced.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание конструкции батареи более простой в изготовлении и надежной в эксплуатации.The task to which the present utility model is directed is to create a battery design that is simpler to manufacture and reliable in operation.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является обеспечение обратимых изменений сопротивления цепи при исключении обратного протекания тока через ИТ и его заряда.The technical result achieved in solving the problem is to provide reversible changes in circuit resistance with the exception of the reverse flow of current through the IT and its charge.

Указанный технический результат достигается тем, что в первичной литиевой батарее, содержащей, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичных литиевых ИТ, при этом батарея дополнительно снабжена диодами, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, и диодами, каждый из которых подключен последовательно после каждого ИТ, являющимся последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ, согласно полезной модели, между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с The specified technical result is achieved in that in a primary lithium battery containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium IT, while the battery is additionally equipped with diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and diodes, each of which is connected in series after each IT, which is the last in each chain of series-connected IT, according to a utility model, between each parallel connection of two adjacent IT with

соответствующими им диодами последовательно включен самовосстанавливающийся предохранитель.The corresponding diodes are connected in series with a self-resetting fuse.

Цепь последовательно соединенных ИТ может дополнительно содержать самовосстанавливающийся предохранитель, включенный последовательно после параллельного соединения диода и ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.The series-connected IT circuit may further comprise a self-resetting fuse, connected in series after parallel connection of the diode and the IT, which is the last in the series-connected IT circuit.

Указанный технический результат также достигается тем, что в первичной литиевой батарее, содержащей, по крайней мере, две параллельных цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичных литиевых ИТ, при этом батарея дополнительно снабжена диодами, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, а каждая цепь последовательно соединенных ИТ дополнительно снабжена предохранителем, включенным между общим проводом всех параллельных цепей и первым ИТ цепи, и диодами, каждый из которых подключен последовательно после каждого ИТ, являющимся последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ, согласно полезной модели, между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами последовательно включен самовосстанавливающийся предохранитель.The specified technical result is also achieved by the fact that in the primary lithium battery containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium IT, while the battery is additionally equipped with diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and each circuit of series-connected IT is additionally equipped with a fuse connected between the common wire of all parallel circuits and the first IT circuit, and diodes, each of which is connected in series after each IT, which is the last in each circuit of series-connected IT, according to a utility model, between each parallel connection of two adjacent IT with their corresponding diodes, a self-resetting fuse is connected in series.

При этом цепь последовательно соединенных ИТ может дополнительно содержать самовосстанавливающийся предохранитель, включенный последовательно после параллельного соединения диода и ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.In this case, the series-connected IT circuit may additionally contain a self-resetting fuse, connected in series after the diode and IT are connected in parallel, which is the last in the series-connected IT circuit.

Под "самовосстанавливающимся предохранителем" в настоящем описании полезной модели понимается предохранитель, содержащий резистор, например, полимерный, сопротивление которого резко увеличивается под воздействием проходящего тока или температуры окружающей среды и восстанавливается до начальных величин после устранения этих причин.Under the "self-resetting fuse" in the present description of a utility model is meant a fuse containing a resistor, for example, a polymer, the resistance of which increases sharply under the influence of a passing current or ambient temperature and is restored to its initial values after eliminating these causes.

Все варианты выполнения предложенной первичной литиевой батареи направлены на решение одной и той же технической задачи при достижении общего технического результата.All embodiments of the proposed primary lithium battery are aimed at solving the same technical problem while achieving a common technical result.

Наличие самовосстанавливающихся предохранителей позволяет после возникновения кратковременного (например, при сборке батареи) внутрисхемного замыкания и срабатывания самовосстанавливающихся предохранителей, например, вследствие резкого увеличения тока, не заменять их, поскольку через определенное время и восстановления штатных режимов работы батареи, например, температуры элементов электрической схемы батареи, самовосстанавливающиеся предохранители восстановят The presence of self-healing fuses allows after a short-circuit (for example, during battery assembly) circuit failure and self-healing fuses, for example, due to a sharp increase in current, not to be replaced, because after a certain time and restoration of normal battery operation, for example, the temperature of battery cells resettable fuses will restore

свое внутреннее сопротивление, обеспечив обратимость изменений сопротивления цепи, уменьшив его до значения, позволяющего беспрепятственно протекать току через эти предохранители, что значительно упрощает сборку батареи на предприятии-изготовителе в целом.its internal resistance, ensuring the reversibility of changes in the circuit resistance, reducing it to a value that allows unhindered current to flow through these fuses, which greatly simplifies battery assembly at the factory as a whole.

При этом размещение самовосстанавливающихся предохранителей после параллельного соединения каждого ИТ с диодом (а не между ИТ и его подключением с диодом) в отличие от прототипа обусловлено следующем.At the same time, the placement of self-healing fuses after parallel connection of each IT with a diode (and not between IT and its connection with a diode), unlike the prototype, is due to the following.

При возникновении междуцепных замыканий, например, замыкании трех ИТ одной цепи с двумя ИТ соседней цепи, будет происходить разряд трех ИТ и заряд двух ИТ. В батарее все самовосстанавливающиеся предохранители могут использоваться одного типа, но ввиду неизбежности технологического разброса по току срабатывания весьма вероятно, что самовосстанавливающийся предохранитель с меньшим током срабатывания будет установлен в цепи трех разряжающихся ИТ. В связи с этим он начинает срабатывать первым, его сопротивление будет возрастать, падение напряжения на нем будет увеличиваться. Когда падение напряжения на самовосстанавливающемся предохранителе будет несколько выше напряжения разряжаемого ИТ, начнет открываться диод, который подключен параллельно к ИТ и к соединенному последовательно с ним самовосстанавливающимся предохранителем. При этом ток через предохранитель начнет уменьшаться. Возможна такая ситуация, когда диод открыт частично и одновременно частично сработал самовосстанавливающийся предохранитель. Их суммарный ток при этом будет недостаточен для срабатывания других предохранителей, находящихся в замкнутом контуре. Таким образом, заряд двух ИТ будет продолжаться большими токами, а это в конечном итоге приведет к их взрыву, что недопустимо.In the event of inter-circuit faults, for example, the closure of three ITs of one circuit with two ITs of an adjacent circuit, a discharge of three ITs and a charge of two ITs will occur. In a battery, all self-resetting fuses can be used of the same type, but in view of the inevitability of technological variation in the operating current, it is very likely that a self-healing fuse with a lower operating current will be installed in the circuit of three discharge ITs. In this regard, it starts to act first, its resistance will increase, the voltage drop across it will increase. When the voltage drop at the self-healing fuse is slightly higher than the voltage of the discharged IT, a diode will start to open, which is connected in parallel to the IT and to the self-healing fuse in series with it. In this case, the current through the fuse will begin to decrease. A situation is possible when the diode is partially open and at the same time a self-resetting fuse is partially activated. Their total current will be insufficient for the operation of other fuses in a closed circuit. Thus, the charge of the two ITs will continue with large currents, and this will ultimately lead to their explosion, which is unacceptable.

Подключение самовосстанавливающегося предохранителя последовательно между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами позволяет исключить подобное явление, так как возможность распределения зарядного (или разрядного) тока через диод и самовосстанавливающийся предохранитель исключена конструктивно, поскольку диод и самовосстанавливающийся предохранитель включены последовательно и деление тока не происходит. Таким образом, исключается обратное протекание тока через ИТ и его заряд.Connecting a self-healing fuse in series between each parallel connection of two adjacent ITs with their corresponding diodes eliminates this phenomenon, since the possibility of distributing the charging (or discharge) current through the diode and the self-healing fuse is structurally excluded, since the diode and self-healing fuse are connected in series and current division does not occur . Thus, the reverse flow of current through the IT and its charge is excluded.

Наличие самовосстанавливающегося предохранителя после последнего ИТ в цепи последовательно включенных ИТ позволяет устранить последствия возможных замыканий "плюсовых" монтажных проводников с ИТ батареи и протекания зарядного тока через ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.The presence of a self-resetting fuse after the last IT in the series-connected IT circuit allows eliminating the consequences of possible short circuits of the “positive” mounting conductors with the IT battery and charging current flowing through the IT, which is the last in the series-connected IT circuit.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено следующее: на фиг.1 - пример электрической принципиальной схемы предложенной первичной литиевой батареи по варианту 1; на фиг.2 - то же, с самовосстанавливающимся предохранителем, включенным последовательно после ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ; на фиг.3 - пример электрической принципиальной схемы предложенной первичной литиевой батареи по варианту 2; на фиг.4 - то же, с самовосстанавливающимся предохранителем, включенным последовательно после ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.The utility model is illustrated by drawings, which depict the following: figure 1 is an example of an electrical circuit diagram of the proposed primary lithium battery according to option 1; figure 2 is the same, with a resettable fuse, connected in series after IT, which is the last in the chain of series-connected IT; figure 3 is an example of an electrical circuit diagram of the proposed primary lithium battery according to option 2; figure 4 is the same, with a resettable fuse, connected in series after IT, which is the last in the chain of series-connected IT.

Буквенные обозначения на фиг.1-4 соответствуют следующему: UT_1.1-UТ_N.M - первичные литиевые ИТ (где N - количество параллельных цепей; М - количество последовательных соединенных ИТ в каждой из параллельных цепей); D_1.1-D_N.M - диоды, обеспечивающие шунтирование ИТ при их полном разряде для исключения глубокой переполюсовки; D₁-D_N - диоды, исключающие заряд отдельных цепей за счет энергии других цепей; R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1 - самовосстанавливающиеся предохранители, последовательно включенные между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами; R_1.M, ..., R_N.M- самовосстанавливающиеся предохранители, включенные последовательно после параллельного соединения диода и ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ; R_T1-R_TN - предохранители, включенные между общим минусовым проводом и первыми ИТ в цепи последовательно включенных ИТ.The letters in FIGS. 1-4 correspond to the following: UT _1.1 -UT _NM - primary lithium IT (where N is the number of parallel circuits; M is the number of consecutive IT connected in each of the parallel circuits); D _1.1 -D _NM - diodes that provide IT shunting when fully discharged to eliminate deep polarity reversal; D ₁ -D _N - diodes excluding the charge of individual circuits due to the energy of other circuits; R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _NM-1 - self-healing fuses connected in series between each parallel connection of two adjacent IT with their corresponding diodes; R _1.M , ..., R _NM - self-healing fuses, connected in series after parallel connection of the diode and IT, which is the last in the chain of series-connected IT; R _T1 -R _TN - fuses connected between the common negative conductor and the first IT in the series-connected IT circuit.

Первичная литиевая батарея представляет собой набор первичных литиевых ИТ UT_1.1-UТ_N.M, в количестве необходимом для обеспечения требуемого напряжения батареи и электрической емкости (энергии), объединенных в прочном едином защитном герметичном корпусе, выполненном в виде блока, оборудованным контактными выводами, например, электрическими разъемами.The primary lithium battery is a set of primary lithium IT UT _1.1 -UT _NM , in the amount necessary to provide the required battery voltage and electric capacity (energy), combined in a strong single protective sealed enclosure made in the form of a unit equipped with contact leads, for example, electrical connectors.

Источники тока UT_1.1-UТ_N.M электрически соединяются, по крайней мере, в две параллельные цепи (т.е. N=2), при этом все цепи могут содержать одинаковое количество ИТ - М, например, семь.The current sources UT _1.1 -UT _{NM are} electrically connected in at least two parallel circuits (i.e. N = 2), while all circuits can contain the same amount of IT - M, for example, seven.

Батарея снабжена диодами D_1.1-D_N.M, обеспечивающих шунтирование ИТ при их полном разряде для исключения глубокой переполюсовки, количество которых равно количеству ИТ и каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ.The battery is equipped with D _1.1 -D _NM diodes, which provide IT shunting when fully discharged to eliminate deep polarity reversal, the number of which is equal to the number of IT and each of which is connected in parallel with one IT.

Батарея также содержит диоды, например, D₁-D_N, подключенные последовательно после каждого ИТ, являющимся последним в каждой цепи последовательно соединенных ИТ, например, UT_1.M или UТ_N.M. Причем количество таких диодов равно количеству параллельно подключенных цепей ИТ, соединенных последовательно между The battery also contains diodes, for example, D ₁ -D _N , connected in series after each IT, which is the last in each circuit of series-connected IT, for example, UT _1.M or UT _NM . Moreover, the number of such diodes is equal to the number of parallel connected IT circuits connected in series between

собой, например, N. Диоды D₁-D_N служат для исключения заряда одних цепей за счет энергии других цепей (фиг.1-4).itself, for example, N. Diodes D ₁ -D _N are used to exclude the charge of some circuits due to the energy of other circuits (Fig.1-4).

Кроме того, батарея может содержать предохранители R_T1-R_TN, включенные между общим, например, "минусовым", проводом всех параллельных цепей и первым ИТ цепи последовательно включенных ИТ (фиг.3 и 4), и позволяющие устранить последствия возможных замыканий общего, например, "минусового", провода с ИТ батареи. При этом число предохранителей R_T1-R_TN равно числу параллельных цепей.In addition, the battery may contain fuses R _T1 -R _TN , connected between the common, for example, "negative", the wire of all parallel circuits and the first IT circuit of the series-connected IT (Figs. 3 and 4), and allowing to eliminate the consequences of possible short circuits of the common, for example, negative, wires with IT batteries. The number of fuses R _T1 -R _TN is equal to the number of parallel circuits.

По всем вариантам осуществления батареи каждая из параллельных цепей последовательно соединенных первичных литиевых ИТ снабжена между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами последовательно включенным самовосстанавливающимся предохранителем R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1. Включение предохранителей R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1 может быть осуществлено следующим образом. Например, между параллельными подключениями двух соседних ИТ второй цепи последовательно включенных ИТ, а именно UT_2.3 и UT_2.4, с соответствующими им диодами D_2.3 и D_2.4, последовательно включен самовосстанавливающийся предохранитель R_2.3. При этом предохранители R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1 выполняют функцию по разрыву электрической цепи в месте своего нахождения (фиг.1-4).In all battery embodiments, each of the parallel circuits of the series-connected primary lithium ITs is provided between each parallel connections of two neighboring ITs with their corresponding diodes, a self-healing fuse R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _NM-1 . The inclusion of fuses R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _NM-1 can be carried out as follows. For example, between parallel connections of two neighboring IT of the second circuit of IT connected in series, namely UT _2.3 and UT _2.4 , with the corresponding diodes D _2.3 and D _2.4 , the self-healing fuse R _{2.3 is} connected in series. In this case, the fuses R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _NM-1 perform the function of breaking the electrical circuit at their location (Figs. 1-4).

Батарея может содержать самовосстанавливающиеся предохранители R_1.M, ..., R_N.M, включенные последовательно после параллельного соединения диода и ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ. Например, после параллельного подключения ИТ UТ_3.M и соответствующего ему диода D_3.M. последовательно включен самовосстанавливающийся предохранитель R_3.M, который служит для устранения последствий возможных замыканий "плюсовых" монтажных проводников с ИТ батареи и протекания зарядного тока через ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.The battery may contain _resettable fuses R _1.M , ..., R _NM , connected in series after parallel connection of the diode and IT, which is the last in the circuit of series-connected IT. For example, after parallel connection of IT UT _3.M and the corresponding diode D _3.M. a self-healing fuse R _{3.M is} connected in series, which serves to eliminate the consequences of possible short circuits of “positive” mounting conductors with IT batteries and charging current flowing through IT, which is the last in a series of connected IT.

Самовосстанавливающиеся предохранители R_1.1-R_N.M содержат резистор, сопротивление которого резко увеличивается под воздействием проходящего тока или температуры окружающей среды и восстанавливается до начальных величин после устранения этих причин.Resettable fuses R _1.1 -R _NM contain a resistor whose resistance increases sharply under the influence of the passing current or ambient temperature and is restored to its initial values after eliminating these causes.

Например, если резистор предохранителя выполнен из полимера, содержащего токопроводящие частицы графита, то при повышении тока он нагревается и увеличивается в объеме (сопротивление резко увеличивается). После снижения тока предохранитель остывает и сопротивление восстанавливается до начальной величины.For example, if the fuse resistor is made of a polymer containing conductive particles of graphite, then with increasing current it heats up and increases in volume (the resistance increases sharply). After current reduction, the fuse cools down and the resistance is restored to the initial value.

В качестве самовосстанавливающихся предохранителей R_1.1...R_N.M и предохранителей R_T1-R_TN могут быть использованы самовосстанавливающиеся предохранители, например, типа RUE 160 производства Тyсо Electronics Corporation Raychem CIRCUIT PROTECTION.As self-healing fuses R _1.1 ... R _NM and fuses R _T1 -R _TN , self-healing fuses can be used, for example, type RUE 160 manufactured by Tyso Electronics Corporation Raychem CIRCUIT PROTECTION.

В качестве диодов D_1.1...D_N.M могут быть использованы, например, отечественные кремниевые диоды типа 2Д213А, Б, ГОСТ В22468-77 и 3.362.008ТУ или зарубежные диоды Шоттки серии 12CTQ040 производства «International Rektifier», (США).As D _1.1 ... D _NM diodes, for example, domestic silicon diodes of the type 2D213A, B, GOST B22468-77 and 3.362.008TU or foreign Schottky diodes of the 12CTQ040 series manufactured by International Rektifier, (USA) can be used.

В качестве диодов D₁...D_N могут быть использованы, например, кремниевые диоды 1N4001-1N4004 производства «International Rektifier», (США).As diodes D ₁ ... D _N can be used, for example, silicon diodes 1N4001-1N4004 manufactured by International Rektifier, (USA).

Первичная литиевая батарея по всем вариантам используется следующим образом.The primary lithium battery in all cases is used as follows.

В процессе сборки вследствие достаточно близкого расположения электрически активных и связанных элементов батареи, а именно ИТ, диодов, контактных выводов, возможно возникновение кратковременных внутрисхемных замыканий, во время которых срабатывают самовосстанавливающиеся предохранители R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1, включенные последовательно между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами.During the assembly process, due to the close proximity of the electrically active and connected battery cells, namely IT, diodes, contact leads, short-circuit in-circuit faults may occur during which self-healing fuses R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _NM-1 , connected in series between each parallel connection of two adjacent IT with their corresponding diodes.

Срабатывание их обусловлено следующими процессами в батарее.Their operation is due to the following processes in the battery.

При возникновении замыкания происходит резкое увеличение тока и, соответственно, резкое нагревание самовосстанавливающихся предохранителей. При определенной температуре, например, 130°С внутреннее сопротивление самовосстанавливающегося предохранителя возрастает в сотни тысяч раз и происходит фактический разрыв цепи, который предотвращает дальнейший нагрев, например, ИТ и их последующий взрыв.When a fault occurs, there is a sharp increase in current and, accordingly, a sharp heating of self-healing fuses. At a certain temperature, for example, 130 ° C, the internal resistance of a self-healing fuse increases hundreds of thousands of times and an actual circuit break occurs, which prevents further heating, for example, IT and their subsequent explosion.

В отличие от плавких предохранителей, через определенное время, ориентировочно 1 ч, когда температура самовосстанавливающихся предохранителей уменьшается, они восстановят свое внутреннее сопротивление до низких значений, обеспечив обратимость изменений сопротивления цепи, уменьшив его до значения, позволяющего беспрепятственно протекать току через эти предохранители.Unlike fuses, after a certain time, approximately 1 h, when the temperature of the self-healing fuses decreases, they will restore their internal resistance to low values, ensuring the reversibility of changes in the circuit resistance, reducing it to a value that allows unhindered current to flow through these fuses.

При этом наличие самовосстанавливающихся предохранителей R_1.M1-R_N.M после последнего ИТ в цепи последовательно включенных ИТ позволяет устранить последствия возможных замыканий "плюсовых" монтажных проводников с ИТ батареи и протекания зарядного тока через ИТ, являющегося последним в цепи последовательно соединенных ИТ.At the same time, the presence of self-healing R _1.M1 -R _NM fuses after the last IT in the series-connected IT circuit allows eliminating the consequences of possible short circuits of the "positive" mounting conductors from the IT battery and charging current flowing through the IT, which is the last in the series-connected IT circuit.

Наличие самовосстанавливающихся предохранителей R_T1-R_TN по одному из вариантов выполнения батареи позволяет устранить последствия возможных замыканий общего, например, "минусового", провода с ИТ батареи. Кроме того, эти предохранители также срабатывают в случае повреждения целостности монтажа батареи и при чрезмерном нагреве ИТ при разряде ИТ для исключения последствий возникновения в процессе эксплуатации батареи внутрисхемных замыканий, например, замыканий всей последовательно соединенной цепи ИТ или ее части.The presence of self-healing fuses R _T1 -R _TN according to one embodiment of the battery allows eliminating the consequences of possible short circuits of a common, for example, “negative”, wire with an IT battery. In addition, these fuses also operate in the event of damage to the integrity of the battery installation and excessive heating of the IT during an IT discharge to eliminate the consequences of in-circuit short circuits during battery operation, for example, short circuits of the entire series IT circuit or part thereof.

После сборки, хранения или транспортировки батарея подключается к нагрузке и в процессе эксплуатации первичная литиевая батарея характеризуется равномерным распределением токов по параллельным цепям и дальнейшим плавным снижением выходного напряжения батареи по сравнению с ее выходным напряжением без нагрузки.After assembly, storage or transportation, the battery is connected to the load and during operation, the primary lithium battery is characterized by a uniform distribution of currents in parallel circuits and a further smooth decrease in the output voltage of the battery compared to its output voltage without load.

При разряде отдельного ИТ UT_1.1...UT_N.М срабатывает диод D_1.1...D_N.M, подключенный параллельно к этому ИТ, после чего ток начинает идти через этот диод, минуя разряженный ИТ, исключая переполюсовку (изменение полярности) разряженного ИТ.When a separate IT UT _1.1 ... UT _{N.M is discharged,} the D _1.1 ... D _NM diode is connected, connected in parallel to this IT, after which the current begins to flow through this diode, bypassing the discharged IT, excluding the polarity reversal (reversal) of the discharged IT .

Подключение самовосстанавливающихся предохранителей R_1.1-R_1.M-1, ..., R_N.1-R_N.M-1 последовательно между каждыми параллельными соединениями двух соседних ИТ с соответствующими им диодами, т.е. фактически последовательно и с ИТ и с диодами, позволяет исключить явление деления тока, и таким образом, исключается обратное протекание тока через ИТ и его заряд.Connecting self-healing fuses R _1.1 -R _1.M-1 , ..., R _N.1 -R _{NM-1 in} series between each parallel connection of two adjacent IT with their respective diodes, i.e. virtually sequentially with both IT and diodes, it eliminates the phenomenon of current division, and thus, the reverse flow of current through the IT and its charge is eliminated.

При значительном количестве цепей ИТ в батареи и ИТ в рамках одной цепи соответственно усложняется их монтаж в корпус батареи. При этом при одновременном совпадении в процессе эксплуатации батареи множественных повреждений, например, в виде возникновения как замыканий внутри схемы, так и замыканий между разными цепями, срабатывают предохранители как R_1.M-R_N.M, так и R_T1-R_TN (по второму варианту осуществления батареи).With a significant number of IT circuits in the battery and IT within the same circuit, their installation in the battery case is accordingly complicated. At the same time, when multiple battery damage coincides during battery operation, for example, in the form of both short circuits inside the circuit and short circuits between different circuits, fuses R _1.M -R _NM and R _T1 -R _TN (according to the second a battery embodiment).

При этом в случае чрезмерного разряда одной из цепей, вызванного, например, разрядами большого числа последовательно соединенных ИТ, находящихся в одной цепи, происходит отключение этой цепи, при помощи диодов D₁...D_N, включенных в каждую цепь в отдельности.In this case, in the event of an excessive discharge of one of the circuits caused, for example, by discharges of a large number of series-connected ITs located in one circuit, this circuit is switched off using diodes D ₁ ... D _N included in each circuit separately.

Таким образом, защита первичной литиевой батареи самовосстанавливающимися предохранителями, включенными в схеме батареи по предложенным вариантам, упрощает изготовление (сборку) батареи и исключает последствия, как внутрисхемных Thus, the protection of the primary lithium battery with self-resetting fuses included in the battery circuit according to the proposed options simplifies the manufacture (assembly) of the battery and eliminates the consequences as in-circuit

замыканий, так и замыканий между разными цепями, которые приводят к непредсказуемым последствиям, включая нагрев батареи до взрыва ИТ и полного разрушения батареи, взрыву батареи внутри герметичного батарейного отсека и разрушению батарейного отсека. При этом исключение аварийных ситуаций повышает безопасность при эксплуатации первичной литиевой батареи и увеличивает ресурс ее безаварийной работы.short circuits, and short circuits between different circuits, which lead to unpredictable consequences, including heating the battery before IT explosion and complete destruction of the battery, battery explosion inside the sealed battery compartment and destruction of the battery compartment. In this case, the elimination of emergency situations increases the safety during operation of the primary lithium battery and increases the resource of its trouble-free operation.

Claims

1. A primary lithium battery containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium current sources (IT), while the battery is additionally equipped with diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and diodes, each of which is connected in series after each IT, which is the last in each circuit of series-connected IT, characterized in that between each parallel connection of two adjacent IT with their corresponding diodes A self-resetting fuse is included.

2. The battery according to claim 1, characterized in that the series-connected IT circuit further comprises a self-resetting fuse, connected in series after parallel connection of the diode and IT, which is the last in the series-connected IT circuit.

3. A primary lithium battery containing at least two parallel circuits, each of which consists of series-connected primary lithium IT, while the battery is additionally equipped with diodes, each of which is connected in parallel with one IT, and each circuit of series-connected IT is additionally equipped with a fuse connected between the common wire of all parallel circuits and the first IT circuit, and diodes, each of which is connected in series after each IT, which is the last in each circuit no connected IT, characterized in that between each two adjacent parallel links IT with their respective diodes sequentially enabled resettable fuse.

4. The battery according to claim 3, characterized in that the series-connected IT circuit further comprises a self-resetting fuse, connected in series after parallel connection of the diode and IT, which is the last in the series-connected IT circuit.