RU94059U1

RU94059U1 - PRIMARY LITHIUM BATTERY

Info

Publication number: RU94059U1
Application number: RU2010105268/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Галкин; Роман Петросович Папикян; Алексей Александрович Савин; Игорь Рудольфович Хан
Original assignee: Открытое акционерное общество "Литий-Элемент"
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2010-05-10

Abstract

1. Первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, одну цепь из последовательно соединенных положительными и отрицательными токовыводами первичных литиевых химических источников тока (ИТ), диоды, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, отличающаяся тем, что снабжена полевыми транзисторами с проводящим N-каналом, причем проводящий канал каждого из транзисторов включен между ИТ и его соединением с диодом со стороны отрицательного токовывода ИТ, а затвор соединен с положительным токовыводом этого же ИТ. ! 2. Первичная литиевая батарея по п.1, отличающаяся тем, что снабжена предохранительными элементами, каждый из которых включен между одним из ИТ и его соединением с диодом со стороны положительного токовывода ИТ и размещен в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора этого же ИТ. ! 3. Первичная литиевая батарея по п.2, отличающаяся тем, что предохранительный элемент выполнен в виде термопредохранителя. ! 4. Первичная литиевая батарея по п.2, отличающаяся тем, что предохранительный элемент выполнен в виде самовосстанавливающегося предохранителя. 1. Primary lithium battery containing at least one circuit of primary lithium chemical current sources (IT) connected in series with positive and negative current leads, diodes, each of which is connected in parallel with one IT, characterized in that it is equipped with field-effect transistors with conducting N-channel, and the conducting channel of each of the transistors is connected between the IT and its connection with the diode from the side of the negative current output of the IT, and the gate is connected to the positive current output of the same IT. ! 2. The primary lithium battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with safety elements, each of which is connected between one of the IT and its connection to the diode from the side of the positive current terminal of the IT and is placed in the zone of the heat energy flow from the field-effect transistor of the same IT. ! 3. The primary lithium battery according to claim 2, wherein the safety element is made in the form of a thermal fuse. ! 4. The primary lithium battery according to claim 2, wherein the safety element is made in the form of a self-healing fuse.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, электрическому оборудованию, а именно первичной батареи для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, и может быть использована при производстве батарей из первичных химических источников тока (ИТ), предназначенных 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, in particular, electrical equipment, namely, a primary battery for direct conversion of chemical energy into electrical energy, and can be used in the production of batteries from primary chemical current sources (IT), intended for primary and backup power supply of telemechanics systems and alarm systems, autonomous diagnostic equipment for in-line inspection instruments for oil and gas pipelines, as well as for I as autonomous power sources other various electronic devices and appliances.

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 РФ 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 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 RF patent Utility Model No. 43106, IPC Н01М 10/48, published on December 27, 2004).

В известной конструкции используется, так называемая, диодная защита первичных литиевых ИТ от их переразряда, при которой параллельно источнику тока подключается диод. Диодная защита ограничивает напряжение переполюсовки ИТ при его переразряде, но она не защищает ИТ от глубокого разряда, т.е. разряда ИТ при разрядном напряжении менее 2 В. В этом случае в первичных литиевых ИТ происходит накопление побочных, в том числе пожароопасных продуктов, которые не стабильны, и присутствие даже незначительных количеств воды резко ускоряет экзотермическое разложение этих продуктов, что с большой вероятностью может приводить к взрыву ИТ. При глубоком разряде в ИТ возможно полное израсходование электролита и образование, так называемых, «сухих пятен», приводящих к возгоранию лития и взрыву ИТ, что не допустимо в эксплуатации. Это указывает на недостаточную надежность и безопасность батареи в целом.The known design uses the so-called diode protection of primary lithium IT from over-discharge, in which a diode is connected in parallel with the current source. Diode protection limits the IT polarity reversal voltage during its overdischarge, but it does not protect IT from deep discharge, i.e. IT discharge at a discharge voltage of less than 2 V. In this case, secondary lithium IT accumulates by-products, including fire hazardous products, which are unstable, and the presence of even small amounts of water dramatically accelerates the exothermic decomposition of these products, which is likely to lead to IT explosion. With a deep discharge in IT, it is possible that the electrolyte is completely consumed and so-called “dry spots” are formed, resulting in lithium ignition and IT explosion, which is not permissible in operation. This indicates a lack of reliability and safety of the battery as a whole.

Известна первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, две параллельно соединенные с токовыводами через термопредохранитель электрические цепи, состоящие из первичных литиевых элементов, каждый из которых имеет параллельно соединенный с ним диод, при этом каждая электрическая цепь имеет защитное средство в виде последовательно включенного в нее диода, причем батарея имеет контрольные выводы, каждый из которых соединен с одной соответствующей цепью в точке, расположенной между последним первичным литиевым элементом цепи и последовательно включенным диодом. Каждый контрольный вывод батареи может быть соединен с соответствующей электрической цепью через высокоомный резистор. При этом батарея может быть снабжена дополнительными контрольными выводами по числу остальных первичных литиевых элементов, кроме последних, а каждый из дополнительных контрольных выводов соединен с положительным выводом соответствующего первичного литиевого элемента (см. патент РФ на полезную модель №45204, МПК Н01М 10/00, опубл. 27.04.2005 г.).Known primary lithium battery containing at least two parallel connected to current leads through a thermal fuse electrical circuit, consisting of primary lithium cells, each of which has a parallel diode connected to it, each electrical circuit has a protective tool in the form of series-connected in a diode, and the battery has test leads, each of which is connected to one corresponding circuit at a point located between the last primary lithium element of the circuit and sequentially connected diode. Each control terminal of the battery can be connected to the corresponding electric circuit through a high-resistance resistor. In this case, the battery can be equipped with additional test leads by the number of other primary lithium cells, except the last, and each of the additional test leads is connected to the positive terminal of the corresponding primary lithium cell (see RF patent for utility model No. 45204, IPC Н01М 10/00, published on April 27, 2005).

В известной конструкции также каждый из первичных литиевых элементов имеет параллельно соединенный с ним диод, ограничивающий напряжение переполюсовки ИТ при его переразряде. Вместе с тем, он не защищает ИТ от глубокого разряда, при котором в первичных литиевых ИТ происходит накопление нестабильных пожароопасных продуктов, что может привести к возгоранию и взрыву ИТ, что указывает на недостаточную надежность и безопасность батареи в целом.In the known construction, each of the primary lithium cells also has a diode connected in parallel with it, limiting the voltage of IT reverse polarity during its overdischarge. At the same time, it does not protect IT from deep discharge, in which unstable fire hazardous products accumulate in primary lithium IT, which can lead to IT fire and explosion, which indicates insufficient reliability and safety of the battery as a whole.

Известна первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, одну цепь последовательно соединенных первичных литиевых ИТ, положительный и отрицательный выводы которой подключены, соответственно, к положительному и отрицательному токовыводам батареи, снабженная полевым транзистором и источником опорного напряжения с положительным и отрицательным выводами, причем проводящий канал полевого транзистора включен между одним из выводов цепи ИТ и токовыводом батареи, источник опорного напряжения соединен выводом одноименной полярности с другим выводом цепи ИТ, а выводом противоположной полярности источник опорного напряжения соединен с затвором полевого транзистора. Известная батарея может быть снабжена термопредохранителем или самовосстанавливающимся предохранителем, размещенным в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора и электрически включенным последовательно с проводящим каналом полевого транзистора, при этом температура срабатывания такого термопредохранителя или самовосстанавливающего предохранителя не превышает максимально допустимую рабочую температуру полевого транзистора (см. патент РФ на полезную модель №71819, МПК Н01М 10/48, опубл. 20.03.2008 г.).Known primary lithium battery containing at least one chain of series-connected primary lithium IT, the positive and negative terminals of which are connected, respectively, to the positive and negative current terminals of the battery, equipped with a field-effect transistor and a reference voltage source with positive and negative terminals, and the field-effect transistor channel is connected between one of the terminals of the IT circuit and the battery current output, the reference voltage source is connected by the terminal of the same name with a different terminal of the IT circuit, and with a terminal of opposite polarity, the reference voltage source is connected to the gate of the field-effect transistor. A known battery can be equipped with a thermal fuse or a self-healing fuse located in the heat energy flow from the field effect transistor and electrically connected in series with the conducting channel of the field effect transistor, while the response temperature of such a thermal fuse or self-healing fuse does not exceed the maximum allowable operating temperature of the field effect transistor (see patent RF for utility model No. 71819, IPC Н01М 10/48, publ. March 20, 2008).

Известная конструкция батареи при малых токах разряда (менее 1 А) исключает возможность глубокого разряда батареи и ее составных элементов. Исключение возможности глубокого разряда обеспечивается встроенными в батарею дополнительными элементами, такими как полевой транзистор, источник опорного напряжения, а также предохранительным элементом, установленным в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора. При больших токах разряда батарей (более 5 А) и снижении разрядного напряжения ниже конечного напряжения происходит разогрев корпуса полевого транзистора. При этом в момент срабатывания полевого транзистора, например, закрытии проводящего канала транзистора при мощных (в том числе импульсных) нагрузках возможен тепловой пробой полевого транзистора, вследствие превышения текущей рабочей температуры полевого транзистора значения его максимально допустимой температуры эксплуатации, после чего продолжится протекание токов через полевой транзистор, приводя в конечном итоге к глубокому разряду ИТ. Термопредохранитель или самовосстанавливающийся предохранитель, находящийся в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора, нагреваясь от полевого транзистора, при достижении определенной температуры (в пределах допустимой рабочей температуры полевого транзистора) срабатывает, дополнительно разрывая цепь, прекращая протекание токов через полевой транзистор. Однако, при больших токах разряда в данной конструкции необходимо использовать термопредохранители достаточно крупногабаритные, что значительно повышает их время срабатывания из-за большой собственной теплоемкости. Из-за увеличенного времени срабатывания термопредохранителя может происходить перегрев полевого транзистора и короткое замыкание (тепловой пробой) проводящего канала. После короткого замыкания проводящего канала его электрическое сопротивления будет резко снижено, что приведет к остыванию (снижению температуры) корпуса полевого транзистора. При таких условиях срабатывание термопредохранителя становится невозможным, а, следовательно, не будут устранены причины, обеспечивающие предпосылки для глубокого разряда элементов батареи, в частности, будет продолжено протекание тока через полевой транзистор. Как уже отмечалось, при глубоком разряде батареи возможно разгерметизация (взрыв) отдельных элементов и батареи в целом, что является недопустимым в эксплуатации. Кроме того, известная конструкция предусматривает наличие одного полевого транзистора на батарею в целом, однако, разряд каждого ИТ происходит индивидуально, вследствие чего один полевой транзистор не обеспечивает защиту каждого ИТ от глубокого разряда.The known design of the battery at low discharge currents (less than 1 A) eliminates the possibility of deep discharge of the battery and its constituent elements. An exception to the possibility of deep discharge is provided by additional elements built into the battery, such as a field effect transistor, a voltage reference source, as well as a safety element installed in the zone of thermal energy flow from the field effect transistor. At high discharge currents of the batteries (more than 5 A) and a decrease in the discharge voltage below the final voltage, the field-effect transistor body heats up. In this case, at the moment the field-effect transistor is triggered, for example, when the conducting channel of the transistor is closed under strong (including pulsed) loads, thermal breakdown of the field-effect transistor is possible due to the current operating temperature of the field-effect transistor exceeding its maximum permissible operating temperature, after which the currents continue to flow through the field transistor, leading ultimately to a deep discharge of IT. A thermal fuse or a self-healing fuse located in the area of the heat energy flow from the field effect transistor, heating from the field effect transistor, when a certain temperature is reached (within the permissible operating temperature of the field effect transistor), it trips, additionally breaking the circuit, stopping the flow of currents through the field effect transistor. However, at high discharge currents in this design, it is necessary to use large-sized thermal fuses, which significantly increases their response time due to the large intrinsic heat capacity. Due to the increased response time of the thermal fuse, overheating of the field-effect transistor and a short circuit (thermal breakdown) of the conductive channel can occur. After a short circuit of the conductive channel, its electrical resistance will be sharply reduced, which will lead to cooling (lowering temperature) of the field-effect transistor housing. Under such conditions, the operation of the thermal fuse becomes impossible, and therefore, the reasons providing the preconditions for a deep discharge of the battery cells will not be eliminated, in particular, the current will continue to flow through the field effect transistor. As already noted, with a deep discharge of the battery, depressurization (explosion) of individual elements and the battery as a whole is possible, which is unacceptable in operation. In addition, the known design provides for the presence of one field-effect transistor per battery as a whole, however, the discharge of each IT occurs individually, as a result of which one field-effect transistor does not protect each IT from a deep discharge.

Наиболее близким 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, 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 РФ на полезную модель №46388, МПК Н01М 10/48, опубл. 27.06.2005 г.).Closest 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 circuit of series-connected IT, each circuit of series-connected primary lithium IT is additionally equipped with a fuse 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 RF patent for utility model No. 46388, IPC Н01М 10/48, publ. June 27, 2005).

В известной конструкции также используется диодная защита первичных литиевых ИТ от их переразряда, при которой параллельно источнику тока подключается диод. Однако, такая защита, ограничивая напряжение переполюсовки ИТ при его переразряде, не защищает ИТ от глубокого разряда, т.е. разряда ИТ при разрядном напряжении менее 2 В. Таким образом, в первичных литиевых ИТ происходит накопление побочных, в том числе пожароопасных продуктов, которые не стабильны, и присутствие даже незначительных количеств воды резко ускоряет экзотермическое разложение этих продуктов, что с большой вероятностью может приводить к взрыву ИТ. При глубоком разряде в ИТ возможно полное израсходование электролита и образование, так называемых, «сухих пятен», приводящих к возгоранию лития и также к взрыву ИТ, что не допустимо в эксплуатации. Это указывает на недостаточную надежность и безопасность батареи в целом.The known design also uses diode protection of primary lithium IT from over-discharge, in which a diode is connected in parallel with the current source. However, such protection, limiting the voltage of IT polarity reversal during its overdischarge, does not protect IT from deep discharge, i.e. discharge of IT at a discharge voltage of less than 2 V. Thus, in primary lithium IT there is an accumulation of by-products, including fire hazardous products, which are unstable, and the presence of even small amounts of water sharply accelerates the exothermic decomposition of these products, which is likely to lead to IT explosion. With a deep discharge in IT, it is possible that the electrolyte is completely consumed and so-called “dry spots” are formed, which lead to ignition of lithium and also to IT explosion, which is not permissible in operation. This indicates a lack of reliability and safety of the battery as a whole.

Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции батареи с повышенной безопасностью, обусловленной исключением глубокого разряда и переполюсовки каждого ИТ батареи.The objective of this utility model is to create a battery design with increased safety, due to the exclusion of deep discharge and polarity reversal of each IT battery.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является отключение любого ИТ от токовыводов батареи за счет значительного увеличения внутреннего сопротивления цепи в месте его подключения.The technical result achieved in solving the problem is to disconnect any IT from the battery current outputs due to a significant increase in the internal resistance of the circuit at the point of its connection.

Указанный технический результат достигается тем, что первичная литиевая батарея, содержащая, по крайней мере, одну цепь из последовательно соединенных положительными и отрицательными токовыводами первичных литиевых химических источников тока (ИТ), диоды, каждый из которых соединен параллельно с одним ИТ, согласно полезной модели, снабжена полевыми транзисторами с проводящим N-каналом, причем проводящий канал каждого из транзисторов включен между ИТ и его соединением с диодом со стороны отрицательного токовывода ИТ, а затвор соединен с положительным токовыводом этого же ИТ.The specified technical result is achieved in that the primary lithium battery containing at least one circuit of series of positive and negative current leads of primary lithium chemical current sources (IT), diodes, each of which is connected in parallel with one IT, according to the utility model, equipped with field-effect transistors with a conductive N-channel, and the conductive channel of each of the transistors is connected between the IT and its connection to the diode from the negative current side of the IT, and the gate is connected to olozhitelnym the cold end of the same IT.

Первичная литиевая батарея может быть снабжена предохранительным элементом, например, термопредохранителем или самовосстанавливающимся предохранителем, каждый из которых включен между ИТ и его соединением с диодом со стороны положительного токовывода ИТ, и размещен в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора этого же ИТ.The primary lithium battery can be equipped with a fuse element, for example, a thermal fuse or a self-resetting fuse, each of which is connected between the IT and its connection to the diode on the side of the positive IT current output, and placed in the zone of heat energy flow from the field-effect transistor of the same IT.

Под «термопредохранителем» в настоящем описании полезной модели понимается одноразовый предохранитель, размыкающий цепь, если температура окружающей среды в контуре превышает номинальную температуру срабатывания предохранителя.By “thermal fuse” in the present description of a utility model is meant a one-time fuse that opens the circuit if the ambient temperature in the circuit exceeds the rated fuse tripping temperature.

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-healing 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.

Указанный технический результат достигается за счет следующего.The specified technical result is achieved due to the following.

Полевые транзисторы используются как элементы, позволяющие отключать ИТ батареи от разряда в начальной стадии их глубокого разряда, исключая тем самым возможную переполюсовку ИТ при дальнейшем разряде батареи.Field effect transistors are used as elements that allow you to disconnect IT batteries from discharge in the initial stage of their deep discharge, thereby eliminating the possible reversal of IT during a subsequent discharge of the battery.

Для первичных литиевых ИТ конечное напряжение разряда составляет 2,0 В. Разряд ИТ при разрядном напряжении менее 2,0 В является глубоким и, как ранее уже отмечалось, пожаровзрывоопасным.For primary lithium IT, the final discharge voltage is 2.0 V. The IT discharge at a discharge voltage of less than 2.0 V is deep and, as previously noted, fire and explosion hazard.

Для полевых транзисторов с проводящим N-каналом, используемых в предлагаемой полезной модели, характерным является то, что при потенциале затвора (напряжение между затвором и проводящим каналом) более 2,0 В сопротивление проводящего канала составляет менее 0,1 Ом (т.е. им можно практически пренебречь), а при потенциале менее 2,0 В сопротивление резко возрастает (в миллионы раз) и, например, уже при 1,5 В достигает 1,0-5,0 МОм.For field-effect transistors with a conductive N-channel used in the proposed utility model, it is characteristic that when the gate potential (voltage between the gate and the conductive channel) is more than 2.0 V, the resistance of the conductive channel is less than 0.1 Ω (i.e. it can be practically neglected), and with a potential of less than 2.0 V, the resistance increases sharply (millions of times) and, for example, even at 1.5 V reaches 1.0-5.0 MΩ.

В силу своего включения, а именно проводящий канал каждого из транзисторов включен между ИТ и его соединением с диодом со стороны отрицательного токовывода ИТ, а затвор соединен с положительным токовыводом этого же ИТ, проводящий канал полевого транзистора каждого ИТ открыт при напряжении ИТ, превышающем конечное напряжение (2,0 В), и закрывается при значении напряжения на токовыводах ИТ меньшем конечного напряжения разряда ИТ (2,0 В).By virtue of its inclusion, namely, the conductive channel of each of the transistors is connected between the IT and its connection to the diode from the side of the negative IT current output, and the gate is connected to the positive current output of the same IT, the conductive channel of the field effect transistor of each IT is open at an IT voltage exceeding the final voltage (2.0 V), and closes when the voltage at the IT current leads is less than the final IT discharge voltage (2.0 V).

При закрытии проводящего канала происходит резкое значительное увеличение внутреннего сопротивления цепи в месте подключения ИТ и дальнейшее отключение участка цепи с ИТ батареи от общей разрядной цепи при продолжении разряда остальных ИТ, входящих в батарею.When the conductive channel is closed, there is a sharp significant increase in the internal resistance of the circuit at the IT connection point and further disconnection of the circuit section from the IT battery from the common discharge circuit while continuing to discharge the remaining IT components included in the battery.

Таким образом, возможность глубокого разряда и переполюсовка любого ИТ предлагаемой конструкции батареи значительно снижается, что значительно повышает пожаровзрывобезопасность батареи в эксплуатации и надежность батареи в целом.Thus, the possibility of deep discharge and polarity reversal of any IT of the proposed battery design is significantly reduced, which significantly increases the fire and explosion safety of the battery in operation and the reliability of the battery as a whole.

Наличие термопредохранителя или самовосстанавливающегося предохранителя обусловлено следующим. В момент закрывания проводящего канала (увеличения его электрического сопротивления) и больших разрядных токов возможен тепловой пробой полевого транзистора вследствие превышения текущей рабочей температуры полевого транзистора значения его максимально допустимой температуры эксплуатации. Для исключения этого, в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора размещен термопредохранитель или самовостанавливающися предохранитель, который, нагревается от полевого транзистора, при достижении определенной температуры (в пределах допустимой рабочей температуры полевого транзистора) срабатывает и разрывает цепь, прекращая протекание тока через полевой транзистор и его дальнейший нагрев.The presence of a thermal fuse or a resettable fuse is due to the following. At the moment of closing the conductive channel (increasing its electrical resistance) and large discharge currents, thermal breakdown of the field effect transistor is possible due to the current operating temperature of the field effect transistor exceeding its maximum permissible operating temperature. To avoid this, a thermal fuse or a self-resetting fuse is placed in the zone of heat energy flow from the field-effect transistor, which heats up from the field-effect transistor, when a certain temperature is reached (within the permissible operating temperature of the field-effect transistor), it trips and breaks the circuit, stopping the flow of current through the field-effect transistor and its further heating.

При этом требование о температуре срабатывания предохранителя, не превышающим максимально допустимую рабочую температуру полевого транзистора, необходимо для осуществления отключения полевого транзистора до его выхода из строя за счет перегрева.At the same time, the requirement for the fuse trip temperature not exceeding the maximum permissible operating temperature of the field effect transistor is necessary to disable the field effect transistor before it fails due to overheating.

Так как полевым транзистором, согласно предлагаемой полезной модели, снабжен каждый источник тока батареи, то это означает, что глубокий разряд и переполюсовка каждого источника тока предлагаемой конструкции батареи исключены абсолютно. В прототипе вероятность переразряда отдельных источников тока батареи (например, за счет сниженного сопротивления изоляции при длительном хранении батареи) существует, чем и объясняется повышенная пожаровзрывобезопасность предлагаемой полезной модели в сравнении с прототипом.Since each battery current source is equipped with a field-effect transistor, according to the proposed utility model, this means that deep discharge and polarity reversal of each current source of the proposed battery design are absolutely excluded. In the prototype, the probability of overdischarge of individual battery current sources (for example, due to reduced insulation resistance during long-term storage of the battery) exists, which explains the increased fire and explosion safety of the proposed utility model in comparison with the prototype.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлен пример принципиальной схемы предложенной первичной литиевой батареи.The utility model is illustrated in the drawing, which shows an example of a circuit diagram of the proposed primary lithium battery.

Цифрами на чертеже обозначены: 1 - первичные литиевые ИТ; 2 - диоды; 3 - полевые транзисторы; 4 - предохранители, размещенные в зоне теплового потока от полевых транзисторов 3.The numbers in the drawing indicate: 1 - primary lithium IT; 2 - diodes; 3 - field effect transistors; 4 - fuses located in the heat flux from field effect transistors 3.

Первичная литиевая батарея содержит, по крайней мере, одну цепь из последовательно соединенных положительными и отрицательными токовыводами первичных литиевых химических источников тока (ИТ), 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.A primary lithium battery contains at least one circuit of primary lithium chemical current sources (IT) connected in series by positive and negative current leads, in the amount necessary to provide the required battery voltage and electric capacity (energy), combined in a strong single protective hermetic enclosure, made in the form of a unit equipped with contact pins, for example, electrical connectors.

Параллельно с каждым ИТ 1 подключен диод 2, обеспечивающий шунтирование ИТ 1 при их полном разряде для исключения глубокой переполюсовки.In parallel with each IT 1, a diode 2 is connected, providing shunting of IT 1 when they are fully discharged to eliminate deep polarity reversal.

Батарея снабжена полевыми транзисторами 3 с проводящим N-каналом. Количество полевых транзисторов равно количеству ИТ 1, причем проводящий канал каждого из транзисторов 3 включен между соответствующим ИТ 1 и его соединением с диодом 2 со стороны отрицательного токовывода ИТ 1, а затвор соединен с положительным токовыводом этого же ИТ 1.The battery is equipped with field effect transistors 3 with a conductive N-channel. The number of field-effect transistors is equal to the number of IT 1, and the conducting channel of each of the transistors 3 is connected between the corresponding IT 1 and its connection to the diode 2 from the negative current output side IT 1, and the gate is connected to the positive current output of the same IT 1.

Первичная литиевая батарея может быть снабжена предохранительным элементом 4, например, термопредохранителем или самовосстанавливающимся предохранителем, каждый из которых включен между ИТ 1 и его соединением с диодом 2 со стороны положительного токовывода ИТ 1, и размещен в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора 3 этого же ИТ 1.The primary lithium battery can be equipped with a fuse element 4, for example, a thermal fuse or a self-resetting fuse, each of which is connected between IT 1 and its connection to the diode 2 on the side of the positive current output IT 1, and placed in the zone of heat energy flow from the field effect transistor 3 of the same IT 1.

Температура срабатывания предохранителя 4 не должна превышать максимально допустимую рабочую температуру (температуру эксплуатации) полевого транзистора 3.The operating temperature of the fuse 4 should not exceed the maximum permissible operating temperature (operating temperature) of the field effect transistor 3.

В качестве полевого транзистора 3 могут быть использованы, например, полевые транзисторы IRLR2905, IRL 2505, IRL 2705 производства International Rectifier (IR).As the field effect transistor 3, for example, field effect transistors IRLR2905, IRL 2505, IRL 2705 manufactured by International Rectifier (IR) can be used.

В качестве самовосстанавливающегося предохранителя могут быть использованы, например, самовосстанавливающиеся предохранители типа RUE 160 производства Тусо Electronics Corporation Raychem CIRCUIT PROTECTION.As a self-healing fuse, for example, self-healing fuses of the RUE 160 type manufactured by Tuso Electronics Corporation Raychem CIRCUIT PROTECTION can be used.

В качестве термопредохранителя могут быть использованы, например, термопредохранители серии TZV, TZK, TZR, TZS, TZD производства Bourns, Inc (США) с температурой срабатывания в пределах 90÷110°С.As a thermal fuse, for example, thermal fuses of the TZV, TZK, TZR, TZS, TZD series manufactured by Bourns, Inc (USA) with a tripping temperature in the range of 90 ÷ 110 ° C can be used.

Первичная литиевая батарея работает следующим образом.The primary lithium battery operates as follows.

В процессе работы первичной литиевой батареи под нагрузкой (процесс разряда батареи) рабочее напряжение ИТ 1 и батареи в целом уменьшается.During operation of the primary lithium battery under load (battery discharge process), the operating voltage of IT 1 and the battery as a whole decreases.

При падении конечного напряжения ИТ 1 менее 2,0 В проводящий канал полевого транзистора 3 закрывается. Сопротивление полевого транзистора 3 при этом резко возрастает (в миллионы раз) и, например, уже при 1,5 В достигает 1,0-5,0 МОм.When the final voltage of IT 1 drops below 2.0 V, the conductive channel of the field effect transistor 3 closes. The resistance of the field effect transistor 3 increases sharply (in millions of times) and, for example, already at 1.5 V reaches 1.0-5.0 MΩ.

Таким образом, при закрытии проводящего канала происходит резкое и значительное увеличение внутреннего сопротивления цепи в месте подключения ИТ и отключение участка цепи с ИТ батареи от общей разрядной цепи. При этом продолжается разряд остальных ИТ, входящих в батарею, причем ток протекает через шунтирующий диод 2, который соединен параллельно с разряженным ИТ 1.Thus, when the conducting channel is closed, there is a sharp and significant increase in the internal resistance of the circuit at the IT connection point and disconnection of the circuit section with the IT battery from the common discharge circuit. In this case, the discharge of the remaining IT components included in the battery continues, with the current flowing through the shunt diode 2, which is connected in parallel with the discharged IT 1.

В момент закрытия проводящего канала полевого транзистора 3 (увеличения его электрического сопротивления) и больших разрядных токов возможен тепловой пробой полевого транзистора 3 вследствие превышения текущей рабочей температуры полевого транзистора 3 значения его максимально допустимой температуры эксплуатации.At the time of closure of the conductive channel of the field effect transistor 3 (increase of its electrical resistance) and high discharge currents, thermal breakdown of the field effect transistor 3 is possible due to the current operating temperature of the field effect transistor 3 exceeding its maximum permissible operating temperature.

Для исключения этого, в зоне потока тепловой энергии от полевого транзистора 3 размещен термопредохранитель или самовостанавливающийся предохранитель 4, который, нагревается от полевого транзистора 3, и при достижении определенной температуры (в пределах допустимой рабочей температуры полевого транзистора 3) срабатывает и разрывает цепь, прекращая протекание тока через полевой транзистор 3 и его дальнейший нагрев.To avoid this, a thermal fuse or a self-resetting fuse 4 is placed in the heat energy flow from the field-effect transistor 3, which heats up from the field-effect transistor 3, and when a certain temperature is reached (within the permissible operating temperature of the field-effect transistor 3), the circuit breaks and breaks, stopping the flow current through the field effect transistor 3 and its further heating.

Так как полевым транзистором 3, согласно предлагаемой полезной модели, снабжен каждый ИТ 1 батареи, то это означает, что вероятность глубокого разряда и переполюсовки каждого ИТ предлагаемой конструкции батареи резко снижаются.Since the field transistor 3, according to the proposed utility model, is equipped with each IT 1 battery, this means that the likelihood of deep discharge and polarity reversal of each IT of the proposed battery design is sharply reduced.

Claims

1. A primary lithium battery containing at least one circuit of primary lithium chemical current sources (IT) connected in series by positive and negative current leads, diodes, each of which is connected in parallel with one IT, characterized in that it is equipped with field-effect transistors with conductive N-channel, moreover, the conductive channel of each of the transistors is connected between the IT and its connection to the diode from the negative IT output side, and the gate is connected to the positive current output of the same IT.

2. The primary lithium battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with safety elements, each of which is connected between one of the IT and its connection to the diode from the side of the positive current output of IT and placed in the zone of heat energy flow from the field-effect transistor of the same IT.

3. The primary lithium battery according to claim 2, characterized in that the safety element is made in the form of a thermal fuse.

4. The primary lithium battery according to claim 2, characterized in that the safety element is made in the form of a self-healing fuse.