WO2011019300A1 - Химический источник тока - Google Patents
Химический источник тока Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011019300A1 WO2011019300A1 PCT/RU2010/000433 RU2010000433W WO2011019300A1 WO 2011019300 A1 WO2011019300 A1 WO 2011019300A1 RU 2010000433 W RU2010000433 W RU 2010000433W WO 2011019300 A1 WO2011019300 A1 WO 2011019300A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- current source
- chemical current
- chemical
- electrical device
- individual components
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
- H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Definitions
- the invention relates to the field of electrical engineering, namely to chemical current sources.
- the invention may be of interest for various fields of technology, where chemical current sources (batteries) are used in electrical devices for power supply, and these electrical devices work or may be temporarily located, or may be accidentally in extreme conditions. Moreover, extreme conditions mean the impact of various negative factors, such as fire, various radiation - thermal, electromagnetic, etc., various mechanical influences, for example, shock, etc.
- the invention may be of interest for the protection of electrical devices from external harmful effects and to protect the environment from harmful effects from electrical devices.
- An electrical device is understood to mean devices, machines, apparatuses, tools and other equipment that use chemical current sources (batteries).
- the chemical current source is a separate galvanic cell, consisting of a negative current collector, anode, electrolyte, cathode and positive current collector in the indicated sequence, and a battery consisting of several galvanic cells with different options for switching current collectors, which can be both serial and parallel.
- the galvanic cells are housed in a housing with two isolated current leads and connected to them in accordance with the polarity.
- one of the current outputs may be the body of the current source, and the chemical current source can be either primary or secondary.
- Such protective elements are an obstacle that partially or completely absorbs various types of energy from these influences, reducing their effect on the internal components of devices and devices.
- the absorption of energy by protective elements leads to their heating, so they are made of heat-resistant materials.
- the shape of such protective elements is determined by the ability to most effectively resist the above effects.
- An object of the present invention is to provide a chemical current source device for multifunctional use in an electrical device, in which the current source, in addition to powering the electrical device, additionally fully or partially protects the electrical device or its individual components from external negative influences and (or) protects the environment from negative influences electrical device or its individual components.
- a chemical current source being a power source for an electrical device, additionally with power supply in whole or in part
- a chemical current source containing a housing, one or more solid-state galvanic cells placed therein interconnected and consisting of an anode, an electrolyte and a cathode based on solid ionic conductors, current outputs for connecting it to an electrical device according to the invention, a chemical current source made in the form of thermal protection and (or) a shield to protect the electrical device or its individual components from the external effects of fire and (or) radiation and (or) mechanical effects and ( or) to protect the environment from similar influences from an electrical device or its individual components.
- the chemical current source can be made in the form of a plate.
- the chemical current source may be a housing or part of a housing of an electrical device or its individual components.
- solid-state galvanic cells made on the basis of solid ionic conductors in the current source leads to the fact that such a chemical current source is explosion and fireproof, since it is made of heat-resistant materials and all processes providing discharge characteristics proceed in solid phases without participation of gaseous or liquid components (A.A. Potanin, Solid-state chemical current source based on an ionic conductor such as lanthanum trifluoride. Ros. Chem. J. (J. Ros. Chem. ob-va named after D.I. Mende Eeva), 2001, v. XLV, j ⁇ ° 5-6, p. 63).
- High temperature resistance of the batteries allows you to protect the electrical device or its individual components from overheating.
- the external negative effects that lead to such overheating can have a different nature, for example: an increase in the temperature of an electrical device or its individual components due to exposure to fire and (or) radiation, due to increased ambient temperature, due to friction, etc.
- the absorption of energy by a chemical current source made in the form of thermal protection and (or) the screen, leads to its heating and, accordingly, protects the electrical device or its individual components from thermal overheating.
- the chemical current source itself remains operational, and when heated, its discharge characteristics increase.
- the shape of a chemical current source is determined by the ability to most effectively absorb the energy of negative influences and protect the electrical device from the above effects.
- a current source in order to increase the energy absorption of negative influences, the most effective housing material, housing weight, housing thickness, etc. can be selected.
- Such a chemical current source can be located in the electrical device itself and protect individual components of the device from the negative effects produced by other components of this electrical device.
- both a chemical power source and solid-state galvanic cells consisting of an anode, electrolyte and cathode based on solid ionic conductors can be used both as a power source and as a protective element.
- solid-state galvanic cells made on the basis of solid ionic conductors in a current source allows the battery to be made in the form of a multilayer cermet structure consisting of one or more solid-state galvanic cells (RF Patent N ° 2313158 HOlM 6/18, 10/36, publ. 20.12 .20073).
- each galvanic cell is also a sintered multilayer cermet structure consisting of thin layers of the anode, electrolyte, cathode, and metal anode and cathode collectors.
- Such a device of a chemical current source consisting of a housing with current leads, in which one or more solid-state galvanic cells are connected and connected to current leads, connected in series or (and) in parallel, consisting of an anode, electrolyte and cathode, made on the basis of solid ionic conductors, is a rigid rigid and mechanically strong construction.
- the implementation of the device of such a chemical current source in the form of a protective element or screen allows you to implement a barrier from external mechanical influences and its additional functional use in electrical equipment as partial or complete protection, for example, from shock. Moreover, in case of destruction of the chemical current source, it retains its explosion and fire safety and will not be a source of aggressive liquids and gases, since it does not contain them.
- the chemical current source is made in the form of a plate.
- the chemical current source due to its large surface, absorbs more energy from the negative effects of directed action.
- a current source made as thermal protection and (or) a screen can be mounted on the housing and / or next to the housing of the device or its individual components, and can also be placed in accessible cavities of the electrical device for protection of its individual components.
- each of the chemical current sources can be separately connected to the electrical device.
- chemical sources can be switched in series or (and) in parallel, and then connected to an electrical device.
- solid-state galvanic cells can be in the form of a plate and are placed in the housing in the form of a multilayer cermet planar structure.
- a chemical current source made in the form of a plate may contain one or several adjacent disks located on the plate, and additional functional elements may be placed in the free space between the disks to increase protection efficiency, for example , heat accumulators or elements that increase the mechanical strength of the plate.
- additional functional elements may be placed in the free space between the disks to increase protection efficiency, for example , heat accumulators or elements that increase the mechanical strength of the plate.
- the chemical current source is carried out with an internal cavity in which the electrical device or its individual components are located.
- the chemical current source is the full or partial outer shell of the electrical device or its individual components and fully or partially protects the electrical device or its individual components from external influences and (or) fully or partially protects the environment from the negative effects of the electrical device or its individual components.
- a chemical current source absorbs the energy of negative influences. In this case, it will heat up, retaining its functions as a current source.
- the implementation of a chemical current source with an internal cavity in which the electrical device is located may be of practical interest for small-sized electrical devices, as well as for small-sized individual components of electrical devices, for which the influence of external negative influences is most dangerous or these components themselves are a source of dangerous negative effects on environment.
- the chemical current source as a protective element against negative influences in the case of small-sized electrical devices or their individual components, can be made in the form of a hollow cylinder.
- solid-state galvanic cells in the form of a multilayer cermet ring structure can also be in the form of rings and placed in the body of a chemical current source.
- a shield protecting the electrical device or its individual components from external influences and (or) from the effects of the electrical device or its individual components to the environment it can be made in the form of a housing or part of a housing of an electrical device or its individual components.
- a chemical current source made in the form of thermal protection and (or) a screen, completely or partially prevents the direct effect of fire and thermal radiation on the electrical device or its individual components.
- a chemical current source can also be a protection against fire and thermal radiation of the environment, if the source of these negative effects is an electrical device or its individual components.
- the chemical source must have a heat-resistant casing, for example, metal.
- the chemical current source can be made in the form of a plate, if the fire has a directed effect, or in the form of a full or partial outer shell of an electrical device or its individual components, if the fire acts from different directions. Thermal radiation can also be absorbed by a chemical current source.
- the chemical current source By preventing the effects of fire, the chemical current source can become very hot. At the same time, it performs its main function - powering electrical equipment or its individual components. With increasing temperature of the chemical current source, its discharge and energy characteristics increase. This circumstance can be used, for example, in case of fire - from such a chemical current source, power can be supplied to powerful actuators of electrical devices, for example fire extinguishing means or robots, to prevent an emergency.
- the efficiency of a chemical current source based on solid ionic conductors as a protective element against fire and thermal radiation is determined by the high heat capacity of the materials used in them and the low thermal conductivity of the multilayer cermet structure of galvanic cells.
- the chemical current source can be made in the form of a screen and protect against other types of radiation. Having in its composition metal anode and cathode collectors, it can shield electromagnetic radiation.
- special materials for the housing that absorb the energy of these radiation can be used. The heating of the housing and the chemical source as a whole due to radiation shielding will not lead to a decrease in the operability of the current source in the electrical device or in its individual components.
- a chemical current source made as a protective element in the form of thermal protection and (or) a screen, can be effectively used not only for protection against effects that lead to unacceptable overheating of an electrical device or its individual components, for example, when exposed to fire or radiation , but also, having mechanical strength, its implementation as a protective element allows you to expand its functionality and use it to protect against complete or partial mechanical destruction of electrical device or its individual components.
- the chemical current source can protect both the electrical device or its individual components from external mechanical influences, and the environment from mechanical effects during the destruction of the electrical device or its individual components. This can be important for people's safety.
- a chemical current source made in the form of thermal protection and (or) a screen, can be effectively used not only to protect against certain types of effects, such as fire, radiation, mechanical effects, but also to protect against the effects of several of them or all at the same time.
- Figure l presents a diagram of the device of a chemical current source for multifunctional purposes, made in the form of a plate to protect the electrical device or its individual components from the negative effects of directed action.
- Figure 2 presents a diagram of the device of a chemical current source for multifunctional purposes, made in the form of a plate to protect the electrical device or its individual components from negative influences from various directions.
- Fig. 3 shows a diagram of a device for a chemical current source of multifunctional use, made in the form of a hollow cylinder, to protect an electrical device or its individual components located in a cylindrical hole.
- the performance of the claimed device of a chemical current source is as follows:
- the chemical current source (1) in FIG. 1 consists of a housing (2) with several solid-state galvanic cells (3) placed in it, interconnected and consisting of an anode (4), an electrolyte (5) and a cathode (6) based on solid ionic conductors.
- Current leads (7) are designed to connect it with an electrical device (8).
- a chemical current source provides the required electrical power from it and at the same time it is made in the form of a plate that protects against negative external influences (9). Protecting from negative influences, a chemical current source absorbs the energy of these influences and heats up. When heated, the chemical current source continues to generate electric current and provide the required power from it.
- a chemical current source provides power to electrical equipment.
- a chemical current source containing solid-state galvanic cells based on solid ionic conductors is heat-resistant and fireproof, therefore it will effectively protect the electrical device from fire and (or) radiation.
- the claimed device of a chemical current source can protect the environment if the source of negative effects (10) is an electrical device (8) (Fig. 1).
- the chemical current source can be made in the form of thermal protection and (or) a screen in each of the directions ( Figure 2) or have a cylindrical shape with an internal cavity ( Figure 3) .
- Fig.2 and 3 (I) is a chemical current source
- (8) is an electrical device
- (9) is the direction of the negative impact.
- a chemical current source was tested, containing a housing, several solid-state galvanic cells placed in it, interconnected and consisting of an anode, an electrolyte and a cathode based on solid ionic conductors, current outputs for connecting it to an electrical device.
- the chemical current source consisted of a metal case in which the cells with parallel and serial switching were placed, in which, according to (RF Patent N ° 2187178 HOlM 6/18, 10/36, publ. 10.08.2002), solid ionic cells were used conductors with a cubic structure of lead fluoride and with a tysonite structure of lanthanum fluoride.
- the present invention relates to a device for a chemical current source, which allows for its multifunctional use: for its intended purpose - as a current source and for an additional purpose - as thermal protection and (or) a screen for the full or partial protection of an electrical device or its individual components from external negative influences fire and (or) radiation and (or) mechanical effects and (or) to protect the environment from such negative effects, if the source of such effects S THE electrical device or its individual components.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Использование: электротехника различного назначения, где в электротехнических устройствах для электропитания используются химические источники тока (батареи), и эти устройства постоянно работают или могут временно находиться, или могут оказаться случайно в экстремальных условиях воздействия различных негативных факторов, таких как огонь, различные типы излучений: тепловое, электромагнитное и т.п., - различные типы механических воздействий, к примеру, удар и т.п.. Химический источник тока состоит из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам твердотельные гальванические элементы, выполненные из анода, электролита и катода на основе твердых ионных проводников. Для многофункционального использования в электротехническом устройстве химический источник тока выполнен в виде тепловой защиты и (или) экрана для защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от внешних воздействий и (или) от воздействий электротехнического устройства или его отдельных компонентов на окружающую среду, при этом негативными воздействиями могут быть огонь, различные виды излучений, механические воздействия. Технический результат: высокая эффективность защиты электротехнического устройства при выполнении химического источника тока в виде тепловой защиты и (или) экрана, который, в результате поглощения энергии негативных воздействий, нагрелся до 670°С и сохранил свою работоспособность.
Description
Химический источник тока Область техники
Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока.
Изобретение может представлять интерес для различных областей техники, где в электротехнических устройствах для электропитания используются химические источники тока (батареи), и эти электротехнические устройства работают или могут временно находиться, или могут оказаться случайно в экстремальных условиях. При этом, под экстремальными условиями понимается воздействие различных негативных факторов, таких как огонь, различные излучения - тепловое, электромагнитное и т.п., различные механические воздействия, к примеру, удар и т.п.. Изобретение может представлять интерес для защиты электротехнических устройств от внешних вредных воздействиях и для защиты окружающей среды от вредных воздействий со стороны электротехнических устройств.
Под электротехническим устройством понимаются приборы, машины, аппараты, инструменты и другое оборудование, в которых используются химические источники тока (батареи).
В изобретении химический источник тока представляет собой как отдельный гальванический элемент, состоящий из отрицательного коллектора тока, анода, электролита, катода и положительного коллектора тока в указанной последовательности, так и батарею, состоящую из нескольких гальванических элементов с различными вариантами коммутации коллекторов тока, которая может быть как последовательной, так и параллельной. При этом гальванические элементы размещены в корпусе с двумя изолированными друг от друга токовыводами и подсоединены к ним в соответствии с полярностью. При этом одним из токовыводов может быть корпус источника тока, а химический источник тока может быть как первичным, так и вторичным.
Предшествующий уровень техники
Известны различные типы защитных элементов для защиты приборов и устройств от огня, различного типа излучений и других негативных воздействий, выполненных в виде тепловой защиты и экранов (Большая энциклопедия, т.50, стр. 328, т.60, стр. 168,
Москва, «Teppa», 2006). Такие защитные элементы являются преградой, которая частично или полностью поглощает различного вида энергию этих воздействий, уменьшая их влияние на внутренние компоненты приборов и устройств. Поглощение энергии защитными элементами приводит к их нагреву, поэтому они выполняются из термостойких материалов. Форма таких защитных элементов определяется возможностью наиболее эффективно противостоять вышеуказанным воздействиям.
Известно (Патент США M> 6,379,841 Bl, HOlM 4/58, 30.04.2002), что твердотельные источники тока, в которых используются твердые ионные проводники, характеризуются наряду с высокими характеристиками высокой термостойкостью и безопасностью. Эти источники тока содержат твердые ионные проводники с высокой проводимостью ионов F" в твердой фазе и в них, при генерации тока, протекают только твердофазные процессы: твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде и перенос ионов фтора по твердому электролиту. Безопасность и термическая устойчивость таких источников тока определена тем, что они состоят из термически устойчивых сложных фторидов и работоспособны до 550 С. Более того, при повышении температуры разрядная мощность таких источников тока сильно возрастает, а именно, при 25 0C - (1 - 2) Ю-5 Вт, при 100 0C - (2 - 3) 10"4 Вт, при 200 0C - (5 - 9) 10"3 Вт, при 300 0C - (2 - 4) Ю-2 Вт и при 500 0C - (0,5 - 1) Вт.
Известен наиболее близкий к заявляемому твердотельный химический источник тока, состоящий из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам твердотельные гальванические элементы, состоящие из анода, электролита и катода, и тепловой защиты, снижающей тепловые потери нагретых гальванических элементов, при этом гальванические элементы выполнены на основе твердых ионных проводников с совмещением функции нагревательных элементов (Патент РФ N° 2313158 HOlM 6/18, 10/36, опубл. 20.12.2007. (прототип)).
Такой химический источник тока, в котором твердотельные гальванические элементы выполнены на основе твердых ионных проводников, характеризуется следующими свойствами:
1. Безопасностью, широким рабочим диапазоном температур и низким саморазрядом.
2. Высокой разрядной мощностью, когда твердотельные гальванические элементы выполнены и находятся в нагретом состоянии, а для снижения тепловых потерь нагретых гальванических элементов используется тепловая защита. Недостатком этого источника тока является то, что он не имеет многофункционального назначения, а его тепловая защита предназначена только для функционирования источника тока.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание устройства химического источника тока для многофункционального использования в электротехническом устройстве, в котором источник тока наряду с питанием электротехнического устройства дополнительно полностью или частично защищает электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних негативных воздействий и (или) защищает окружающую среду от негативных воздействий электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
Технический результат, достигнутый при использовании заявляемого устройства твердотельного источника тока, заключается в следующем:
Химический источник тока, являясь источником питания электротехнического устройства, дополнительно с электропитанием полностью или частично
• Защищает электротехническое устройство или его отдельные компоненты от воздействий в виде огня и (или) теплового излучения и (или) других воздействий, которые могут привести к недопустимому нагреву электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
• Защищает внешнюю среду от огня и (или) теплового излучения, идущих от электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
• Защищает электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних электромагнитных и других излучений и (или) от воздействий таких излучений на окружающую среду, если источником этих излучений являются электротехническое устройство или его отдельные компоненты.
• Защищает электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних механических воздействий и (или) частично или полностью предотвращает негативное воздействие на окружающую среду продуктов разрушения электротехнического устройства или его отдельных компонентов. Для достижения указанной задачи и технического результата, предлагается следующее устройство химического источника тока.
1. Химический источник тока, содержащий корпус, размещенные в нем один или несколько твердотельных гальванических элементов, соединенных между собой и состоящих из анода, электролита и катода на основе твердых ионных проводников, токовыводы для соединения его с электротехническим устройством, согласно изобретению, химический источник тока выполнен в виде тепловой защиты и (или) экрана для защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от внешнего воздействия огня и (или) излучений и (или) механических воздействий и (или) для защиты окружающей среды от подобных воздействий из электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
Химический источник тока может быть выполнен в виде пластины.
Он может быть выполнен с внутренней полостью или в виде полого цилиндра.
Химический источник тока может являться корпусом или частью корпуса электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
Использование в источнике тока твердотельных гальванических элементов, выполненных на основе твердых ионных проводников, приводит к тому, что подобный химический источник тока является взрыво- и пожаробезопасным, так как он выполнен из термостойких материалов и все процессы, обеспечивающие разрядные характеристики, протекают в твердых фазах без участия газообразных или жидких компонентов (А.А. Потанин, Твердотельный химический источник тока на основе ионного проводника типа трифторида лантана. Рос. Хим. Ж. (Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001, т. XLV, j\° 5-6, стр. 63).
Нагрев такого химического источника тока приводит к повышению ионной проводимости твердых ионных проводников и к повышению скорости протекания токообразующих электродных реакций в твердофазном аноде и катоде. В результате этого снижается внутреннее сопротивление твердотельного источника тока и повышается его разрядная мощность, то есть при нагреве твердотельного источника тока полностью сохраняется его работоспособность, более того повышаются его разрядные и энергетические характеристики (Патент РФ JVb 2313158 HOlM 6/18, 10/36, опубл. 20.12.2007; А. А. Потанин, Твердотельный химический источник тока на основе ионного проводника типа трифторида лантана. Рос. Хим. Ж. (Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001 , т. XLV, Jfe 5-6, стр. 63).
Выполнение такого химического источника тока в виде тепловой защиты и (или) экрана позволяет его использовать для многофункционального назначения в электротехническом оборудовании: наряду с питанием оборудования он частично или полностью поглощает различного вида энергию негативных внешних воздействий, уменьшая их влияние на внутренние компоненты электротехнического устройства, и при этом сам сохранет работоспособность.
Высокая термостойкость батарей позволяет защищать электротехническое устройство или его отдельные компоненты от перегрева. При этом внешние негативные воздействия, которые приводят к такому перегреву, могут иметь различную природу, к примеру: повышение температуры электротехнического устройства или его отдельных компонентов из-за воздействия огня и (или) излучений, из-за повышенной температуры окружающей среды, из-за трения и т.п. Поглощение энергии химическим источником тока, выполненным в виде тепловой защиты и (или) экрана, приводит к его нагреву и, соответственно, защищает от теплового перегрева электротехническое устройство или его отдельные компоненты. При этом сам химический источник тока сохраняет работоспособность, и при нагреве его разрядные характеристики повышаются. Форма химического источника тока, выполненного в виде тепловой защиты и (или) экрана, определяется возможностью наиболее эффективно поглощать энергию негативных воздействий и защищать от вышеуказанных воздействий электрическое устройство. В таком источнике тока для повышения поглощения энергии негативных воздействий могут быть подобраны наиболее эффективные материал корпуса, масса корпуса, толщина корпуса и т.п..
В случае, когда электротехническое устройство или его отдельные компоненты сами являются источником негативных воздействий на окружающую среду, химический
источник тока, выполненный в виде виде тепловой защиты и (или) экрана, аналогично, как и в случае внешних воздействий, поглощает энергию этих негативных внешних воздействий, уменьшая негативное влияние электротехнического устройства или его отдельных компонентов на окружающую среду.
Такой химический источник тока может быть размещен в самом электротехническом устройстве и защищать отдельные компоненты устройства от негативных воздействий, производимых другими компонентами этого электротехнического устройства.
Использование твердотельного химического источника тока, выполненного в виде тепловой защиты и (или) экрана, приводит к важному практическому результату - многофункциональному применению: наряду с выполнением функции источника тока и питанием электротехнического оборудования, он защищает электротехническое устройство или его компоненты от внешних негативных воздействий и (или) защищает внешнюю окружающую среду от негативных воздействий, производимых электротехническим устройством или его компонентами.
Следует особо подчеркнуть, что одновременно использовать и как источник питания, и как защитный элемент можно только химический источник тока с твердотельными гальваническими элементами, состоящими из анода, электролита и катода на основе твердых ионных проводников. Использование других химических источников тока в качестве защитного элемента в виде преграды для защиты от негативных воздействий, к примеру, источников тока с жидким или полимерным электролитом, не позволяет решить поставленную задачу, так как при поглощении энергии негативных воздействий и, соответственно, нагреве, такие источники тока разрушаются и для их функционирования их самих нужно защищать от нагрева или охлаждать.
Использование в источнике тока твердотельных гальванических элементов, выполненных на основе твердых ионных проводников, позволяет выполнить батарею в виде многослойной металлокерамической структуры, состоящей из одного или нескольких твердотельных гальванических элементов (Патент РФ N° 2313158 HOlM 6/18, 10/36, опубл. 20.12.20073). При этом каждый гальванический элемент также является спеченной многослойной металлокерамической структурой, состоящей из тонких слоев анода, электролита, катода и металлических анодного и катодного коллекторов. Такое устройство химического источника тока, состоящего из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам один или несколько твердотельных гальванических элементов, соединенных последовательно или (и) параллельно,
состоящих из анода, электролита и катода, выполненных на основе твердых ионных проводников, является твердой жесткой и механически прочной конструкцией.
Выполнение устройства такого химического источника тока в виде защитного элемента или экрана позволяет реализовать преграду от внешних механических воздействий и его дополнительное функциональное использование в электротехническом оборудовании в качестве частичной или полной защиты, к примеру от удара. При этом, в случае разрушения химического источника тока, он сохраняет свою взрыво- и пожаробезопасность и не будет являться источником агрессивных жидкостей и газов, так как их не содержит.
2. Для эффективного использования химического источника тока в качестве тепловой защиты и (или) экрана для защиты от негативных воздействий направленного действия, химический источник тока выполняется в виде пластины. В этом случае химический источник тока, благодаря своей большой поверхности, поглощает больше энергии негативного воздействия направленного действия. В электротехническом устройстве или в его отдельных компонентах источник тока, выполненный как тепловая защита и (или) экран, может быть установлен на корпусе или (и) рядом с корпусом устройства или его отдельных компонентов, а также может быть размещен в доступных полостях электротехнического устройства для защиты отдельных его компонентов.
Для увеличения поверхности такой тепловой защиты или экрана можно использовать несколько рядом расположенных химических источников тока, выполненных в виде пластин. Для повышения надежности электрического питания каждый из химических источников тока может быть соединен с электротехническим устройством отдельно. Для повышения мощности электрического питания химические источники могут быть скоммутированы между собой последовательно или (и) параллельно, а затем соединены с электротехническим устройством. В таком химическом источнике тока твердотельные гальванические элементы могут иметь форму пластины и размещаются в корпусе в виде многослойной металлокерамической плоской структуры. В случае технологической целесообразности изготовления твердотельных гальванических элементов в виде дисков химический источник тока, выполненный в виде пластины, может содержать один или несколько рядом расположенных на пластине таких дисков, а в свободном объеме между дисками могут размещаться дополнительные функциональные элементы для повышения эффективности защиты, к примеру, тепловые аккумуляторы или элементы, повышающие механическую прочность пластины.
3. Для эффективного использования химического источника тока как защиты, выполненного в виде тепловой защиты и (или) экрана от негативных воздействий с различных направлений, химический источник тока выполняется с внутренней полостью, в которой размещается электротехническое устройство или его отдельные компоненты. В этом случае химический источник тока является полной или частичной внешней оболочкой электротехнического устройства или его отдельных компонентов и полностью или частично защищает электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних воздействий и (или) полностью или частично защищает окружающую среду от негативных воздействий электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
Выполняя роль защитного элемента, химический источник тока поглощает энергию негативных воздействий. При этом он будет нагреваться, сохраняя свои функции как источник тока.
Выполнение химического источника тока с внутренней полостью, в которой размещается электротехническое устройство, может представлять практический интерес для малогабаритных электротехнических устройств, а также для малогабаритных отдельных компонентов электротехнических устройств, для которых влияние внешних негативных воздействий наиболее опасно или эти компоненты сами являются источником опасных негативных воздействий на окружающую среду.
4. Химический источник тока, как защитный элемент от негативных воздействий в случае малогабаритных электротехнических устройств или их отдельных компонентов, может быть выполнен в виде полого цилиндра. В этом случае твердотельные гальванические элементы в виде многослойной металлокерамической кольцевой структуры также могут иметь форму колец и размещаться в корпусе химического источника тока. 5. Для повышения многофункциональности химического источника тока, используемого как защита и выполненного в виде тепловой защиты и (или) экрана, защищающего электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних воздействий и (или) от воздействий электротехнического устройства или его отдельных компонентов
на окружающую среду, он может быть выполнен в виде корпуса или части корпуса электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
6. Для защиты электротехнического устройства от огня химический источник тока, выполненный в виде тепловой защиты и (или) экрана, полностью или частично предотвращает прямое воздействие огня и теплового излучения на электротехническое устройство или его отдельные компоненты. Такой химический источник тока, также может быть защитой от огня и теплового излучения окружающей среды, в случае, если источником этих негативных воздействий является электротехническое устройство или его отдельные компоненты. В этом случае химический источник должен иметь термостойкий корпус, к примеру, металлический. Для защиты от огня химический источник тока может быть выполнен в виде пластины, если огонь имеет направленное воздействие, или в виде полной или частичной внешней оболочки электротехнического устройства или его отдельных компонентов, если огонь воздействует с разных направлений. Тепловое излучение также может поглощаться химическим источником тока. Предотвращая воздействие огня, химический источник тока может значительно нагреваться. При этом он выполняет свою основную функцию - питание электрического оборудования или его отдельных компонентов. При повышении температуры химического источника тока его разрядные и энергетические характеристики повышаются. Это обстоятельство может быть использовано, к примеру, в случае пожара - от такого химического источника тока может быть осуществлено электропитание мощных исполнительных механизмов электротехнических устройств, к примеру средств пожаротушения или роботов, для предотвращения аварийной ситуации. Эффективность химического источника тока на основе твердых ионных проводников, как защитного элемента от огня и теплового излучения, определена высокой теплоемкостью использованных в них материалов и низкой теплопроводностью многослойной металлокерамической структуры гальванических элементов. Для повышения эффективности защиты от огня и теплового излучения в химическом источнике тока, выполненным в виде тепловой защиты, дополнительно может быть предусмотрено увеличение его теплоемкости для повышения его эффективности как теплового аккумулятора, к примеру, за счет увеличения массы корпуса, и (или) снижение теплопроводности - за счет использования дополнительных теплоизоляционных материалов.
Как в случае защиты от теплового излучения, химический источник тока может быть выполнен в виде экрана и защищать от других типов излучений. Имея в своем составе металлические анодные и катодные коллекторы, он может экранировать электромагнитные излучения. Для повышения эффективности защиты от излучений в химическом источнике тока, выполненным в виде экрана, дополнительно могут быть использованы специальные материалы для корпуса, которые поглощают энергию этих излучений. Нагрев корпуса и химического источника в целом вследствие экранирования излучений не приведет к снижению работоспособности источника тока в электротехническом устройстве или в его отдельных компонентах.
7. Химический источник тока, выполненный как защитный элемент в виде тепловой защиты и (или) экрана, может эффективно использоваться не только для защиты от воздействий, которые приводят к недопустимому перегреву электротехнического устройства или его отдельных компоненты, к примеру, при воздействии огня или излучений, но и, обладая механической прочностью, его выполнение как защитного элемента позволяет расширить его функциональность и использовать его для защиты от полного или частичного механического разрушения электротехнического устройства или его отдельных компонентов. При этом химический источник тока может защитить как электротехническое устройство или его отдельные компоненты от внешних механических воздействий, так и окружающую среду от механических воздействий при разрушении электротехнического устройства или его отдельных компонентов. Это может быть важно для безопасности людей.
Химический источник тока, выполненный в виде тепловой защиты и (или) экрана, может эффективно использоваться не только для защиты от отдельных видов воздействий, таких как огонь, излучение, механические воздействия, но и для защиты от воздействия нескольких из них или всех одновременно.
Вариант осуществления изобретения
На фиг.l представлена схема устройства химического источника тока многофункционального назначения, выполненного в виде пластины для защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от негативного воздействия направленного действия.
На фиг.2 представлена схема устройства химического источника тока многофункционального назначения, выполненного в виде пластины для защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от негативных воздействий с различных направлений.
На фиг.З представлена схема устройства химического источника тока многофункционального назначения, выполненного в виде полого цилиндра, для защиты размещенного в цилиндрическом отверстии электротехнического устройства или его отдельных компонентов. Работоспособность заявляемого устройства химического источника тока состоит в следующем:
Химический источник тока (1) на фиг.l состоит из корпуса (2) с размещенными в нем несколькими твердотельными гальваническими элементами (3), соединенными между собой и состоящими из анода (4), электролита (5) и катода (6) на основе твердых ионных проводников. Токовыводы (7) предназначены для соединения его с электротехническим устройством (8). Химический источник тока осуществляет требуемое от него электрическое питание и при этом он выполнен в виде пластины, которая защищает от негативных внешних воздействий (9). Защищая от негативных воздействий, химический источник тока поглощает энергию этих воздействий и нагревается. Нагреваясь, химический источник тока продолжает генерировать электрический ток и обеспечивать требуемое от него электропитание. При этом нагрев гальванических элементов на основе твердых ионных проводников приводит к значительному росту ионной проводимости в этих проводниках. Ионная проводимость в каждом гальваническом твердотельном элементе на основе твердых ионных проводников возрастает экспоненциально с повышением температуры, так как она, в основном, определена экспоненциальной температурной зависимостью ионной проводимости твердых ионных проводников (зависимость Аррениуса-Френкеля). При повышении температуры также экспоненциально возрастает скорость электродных токообразующих реакций в твердотельных гальванических элементах. В результате все это приводит к значительному повышению разрядных и энергетических характеристик химического источника тока и высокоэффективному многофункциональному использованию твердотельного химического источника:
(а) Химический источник тока обеспечивает питание электротехнического оборудования.
(б) Химический источник тока, содержащий твердотельные гальванические элементы на основе твердых ионных проводников, является термостойким и пожаро- взрывобезопасным, поэтому он будет эффективно защищать электротехническое устройство от огня и (или ) излучений.
(в) Поглощая энергию негативных воздействий, химический источник тока нагревается, его разрядно-энергетические характеристики возрастают, в результате чего повышается эффективность использования химического источника тока для питания электротехнического оборудования или его отдельных компонентов в экстремальных условиях.
Аналогично заявляемое устройство химического источника тока может защищать окружающую среду, если источником негативных воздействий (10) является электротехническое устройство (8) (Фиг.l).
Для эффективного использования химического источника тока для защиты от негативных воздействий с различных направлений, химический источник тока может выполняться в виде тепловой защиты и (или) экрана по каждому из направлений (Фиг.2) или иметь цилиндрическую форму с внутренней полостью (Фиг.З). На Фиг.2 и 3 (I) - химический источник тока, (8) - электротехническое устройство, (9) - направление негативного воздействия. Был испытан химический источник тока, содержащий корпус, размещенные в нем несколько твердотельных гальванических элементов, соединенных между собой и состоящих из анода, электролита и катода на основе твердых ионных проводников, токовыводы для соединения его с электротехническим устройством. При испытании моделировались условия выполнения такого твердотельного химического источника тока в виде тепловой защиты и (или) экрана для защиты электротехнического устройства от интенсивного воздействии огня и теплового излучения при горении дизельного топлива. Химический источник тока состоял из металлического корпуса, в котором были размещены гальванические элементы с параллельной и последовательной коммутацией, в которых, согласно (Патент РФ N° 2187178 HOlM 6/18, 10/36, опубл. 10.08.2002), были использованы твердые ионные проводники с кубической структурой фторида свинца и с тисонитной структурой фторида лантана.
В результате была доказана высокая эффективность выполнения заявляемого химического источника тока как защитного элемента электротехнического устройства или его отдельных компонентов от воздействия огня и теплового излучения при горении
дизельного топлива. Источник тока устойчиво функционировал в очень жестких условиях прямого воздействия интенсивного огня горящего дизельного топлива, обеспечивая свою работоспособность. Зарегистрированный при этом нагрев источника тока составлял 6700C.
Настоящее изобретение касается устройства химического источника тока, которое позволяет реализовать многофункциональное его использование: по прямому назначению - как источника тока и по дополнительному назначению - как тепловой защиты и (или) экрана для полной или частичной защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от внешних негативных воздействий огня и (или) излучений и (или) механических воздействий и (или) для защиты окружающей среды от подобных негативных воздействий, если источником таких воздействий является электротехническое устройство или его отдельные компоненты.
Claims
1. Химический источник тока, содержащий корпус, размещенные в нем один или несколько твердотельных гальванических элементов, соединенных между собой и состоящих из анода, электролита и катода на основе твердых ионных проводников, токовыводы для соединения его с электротехническим устройством, отличающийся тем, что химический источник тока выполнен в виде тепловой защиты и (или) экрана для защиты электротехнического устройства или его отдельных компонентов от внешнего воздействия огня и (или) излучений и (или) механических воздействий и (или) для защиты окружающей среды от подобных воздействий из электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
2. Химический источник тока по п.l, отличающийся тем, что он выполнен в виде пластины.
3. Химический источник тока по п.l, отличающийся тем, что он выполнен с внутренней полостью.
4. Химический источник тока по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде полого цилиндра.
5. Химический источник тока по п.l, отличающийся тем, что он является корпусом или частью корпуса электротехнического устройства или его отдельных компонентов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/369,612 US20120148906A1 (en) | 2009-08-10 | 2012-02-09 | Chemical current source |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130492 | 2009-08-10 | ||
RU2009130492/07A RU2413340C1 (ru) | 2009-08-10 | 2009-08-10 | Химический источник тока |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US13/369,612 Continuation US20120148906A1 (en) | 2009-08-10 | 2012-02-09 | Chemical current source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2011019300A1 true WO2011019300A1 (ru) | 2011-02-17 |
Family
ID=43586303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2010/000433 WO2011019300A1 (ru) | 2009-08-10 | 2010-08-06 | Химический источник тока |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120148906A1 (ru) |
RU (1) | RU2413340C1 (ru) |
WO (1) | WO2011019300A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019130741A1 (de) * | 2019-11-14 | 2021-05-20 | Audi Ag | Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1524126A (en) * | 1975-06-11 | 1978-09-06 | Mallory & Co Inc P R | Anion-conductive solid electrolytes and solid state battery systems |
RU2187178C2 (ru) * | 1999-10-05 | 2002-08-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Твердотельный химический источник тока |
US6982132B1 (en) * | 1997-10-15 | 2006-01-03 | Trustees Of Tufts College | Rechargeable thin film battery and method for making the same |
RU2313158C2 (ru) * | 2006-01-10 | 2007-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Высокоэнергетические Батарейные Системы" | Твердотельный химический источник тока и способ повышения разрядной мощности |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6280874B1 (en) * | 1998-12-11 | 2001-08-28 | Schlumberger Technology Corp. | Annular pack |
DE602006000126T2 (de) * | 2005-03-25 | 2008-07-03 | Samsung SDI Co., Ltd., Suwon | Batteriemodul |
DE502007002834D1 (de) * | 2007-11-27 | 2010-03-25 | Swissbatt Ag | Batterie |
-
2009
- 2009-08-10 RU RU2009130492/07A patent/RU2413340C1/ru active IP Right Revival
-
2010
- 2010-08-06 WO PCT/RU2010/000433 patent/WO2011019300A1/ru active Application Filing
-
2012
- 2012-02-09 US US13/369,612 patent/US20120148906A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1524126A (en) * | 1975-06-11 | 1978-09-06 | Mallory & Co Inc P R | Anion-conductive solid electrolytes and solid state battery systems |
US6982132B1 (en) * | 1997-10-15 | 2006-01-03 | Trustees Of Tufts College | Rechargeable thin film battery and method for making the same |
RU2187178C2 (ru) * | 1999-10-05 | 2002-08-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Твердотельный химический источник тока |
RU2313158C2 (ru) * | 2006-01-10 | 2007-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Высокоэнергетические Батарейные Системы" | Твердотельный химический источник тока и способ повышения разрядной мощности |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120148906A1 (en) | 2012-06-14 |
RU2413340C1 (ru) | 2011-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2313158C2 (ru) | Твердотельный химический источник тока и способ повышения разрядной мощности | |
RU2340983C1 (ru) | Аккумуляторная батарея, имеющая повышенную защиту | |
US20140224465A1 (en) | Hydrophilic polymer thermal barrier system | |
CN107408658B (zh) | 电池组 | |
TW201523970A (zh) | 緩解熱能流失的可攜帶式電能儲存裝置 | |
JP5173346B2 (ja) | 電源装置 | |
JP4730705B2 (ja) | 電池パック | |
CN109891625A (zh) | 具有改进的安全性的电池模块和电池组 | |
CN208835151U (zh) | 一种可以防止锂离子电池过热膨胀的保护装置 | |
CN105702908A (zh) | 一种锂离子电池多级过流保护装置 | |
CN110073517A (zh) | 具有改进安全性的电池单元 | |
RU2413340C1 (ru) | Химический источник тока | |
Zhang et al. | Experimental study on the efficiency of dodecafluoro-2-methylpentan-3-one on suppressing large-scale battery module fire | |
KR102361353B1 (ko) | 화재 방지 성능이 우수한 리튬 폴리머 배터리 | |
Russoa et al. | Effective Fire Extinguishing Systems for Lithium-ion Battery | |
CN113994530A (zh) | 电池模块以及包括该电池模块的电池组和电力存储装置 | |
RU2642136C1 (ru) | Блок литий-ионных аккумуляторов для аккумуляторных батарей | |
Alfaruqi | On the thermal safety of battery materials for electric vehicles | |
CN103487605B (zh) | 一种锂离子电池安全测试装置 | |
Miller et al. | Failure mechanisms of Ni-H2 and Li-Ion batteries under hypervelocity impacts | |
RU45563U1 (ru) | Первичная литиевая батарея | |
Srilakshmi et al. | Studies on charge and discharge characteristics of lithium ion polymer batteries, M | |
JP2023520544A (ja) | バッテリーモジュール、バッテリーラック、及び電力貯蔵装置 | |
KR20240117295A (ko) | 배터리 냉각 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩 | |
JP2021193651A (ja) | 組電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10808417 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10808417 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |