RU119522U1 - LITHIUM ION BATTERY - Google Patents

Abstract

1. Литий-ионная аккумуляторная батарея, включающая корпус с герметичной крышкой с установленными в нем литий-ионными источниками тока, отличающаяся тем, что корпус и крышка выполнены в виде термостата, в корпусе размещена кассета литий-ионных источников, электрически связанных между собой последовательно или параллельно посредством токоведущих шин, причем каждый литий-ионный источник тока связан с шиной через прерыватель электрической цепи, каждый из которых связан с электронными блоками контроля давления и контроля температуры, в полости корпуса и крышки с каждого торца размещены элементы жесткости в виде герметичного сильфона, внутри каждого закреплен на внутренней стенке корпуса и крышки подвижный элемент с теплопередающей поверхностью, эквидистантной наружной стенке корпуса и крышки, и имеющих возможность контактировать с наружной стенкой корпуса и крышки, при этом последние имеют соответствующие разъемные электрические контакты. ! 2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость корпуса заполнена элегазом. ! 3. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что наружная стенка корпуса выполнена из трех теплопроводящих слоев, внутренний слой при этом выполнен механически вязким. ! 4. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена сенсорными устройствами. ! 5. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что подвижные элементы выполнены в виде сильфонов, на торце которых герметично установлены теплопередающие поверхности. ! 6. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что внутренние полости подвижных элементов, выполненные в виде герметичных сильфонов, заполнены капиллярной структурой, отвакуумированны и заполнены аммиак 1. A lithium-ion storage battery, including a housing with a sealed cover with installed lithium-ion power sources, characterized in that the housing and the cover are made in the form of a thermostat, the housing contains a cassette of lithium-ion sources, electrically connected to each other in series or in parallel by means of current-carrying buses, and each lithium-ion current source is connected to the bus through an electric circuit breaker, each of which is connected to electronic pressure control and temperature control units, stiffeners in the form of a sealed bellows are placed in the cavity of the body and cover at each end each, a movable element with a heat transfer surface, equidistant to the outer wall of the body and lid, and capable of contacting the outer wall of the body and lid, is attached to the inner wall of the body and the lid, the latter having corresponding detachable electrical contacts. ! 2. A battery according to claim 1, characterized in that the inner cavity of the housing is filled with SF6 gas. ! 3. The battery according to claim 1, characterized in that the outer wall of the housing is made of three heat-conducting layers, the inner layer being mechanically viscous. ! 4. The battery according to claim 1, characterized in that it is provided with sensor devices. ! 5. The battery according to claim 1, characterized in that the movable elements are made in the form of bellows, at the end of which the heat transfer surfaces are hermetically installed. ! 6. The battery according to claim 5, characterized in that the inner cavities of the movable elements, made in the form of sealed bellows, are filled with a capillary structure, evacuated and filled with ammonia

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к батареям на основе литиевых химических источников тока (ЛХИТ).The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to batteries based on lithium chemical current sources (LHIT).

Известна тепловая электрохимическая батарея (п. США N 3899353. кл. 136-83, 1975), содержащая корпус, отделенный от корпуса слоем теплоизоляционного материала блок электрохимических элементов, в котором электрохимические элементы электрически соединены друг с другом перемычками из металлической фольги и разделены пиронагревателями и теплоаккумуляторные таблетки, содержащие хлорид лития и хлорид натрия, размещены между электрохимическими элементами и по торцам блока. Рядом с аккумулятором тепла размещен дополнительный пиронагреватель, тепловыделение которого несколько больше (но не более чем в 2 раза), чем у пиронагревателей, размешенных между электрохимическими элементами. На каждом конце блока размешены дополнительные тепловые аккумуляторы другого состава, чем в середине блока, и дополнительные пиронагреватели. Анод состоит из кальция или магния, катод из хромата свинца или хромата кальция. При работе этого источника тока температура в середине блока электрохимических элементов длительное время поддерживается на одном уровне благодаря выделению тепла при кристаллизации вещества теплового аккумулятора. Вследствие этого продолжительность разряда увеличивается, а напряжение при разряде почти постоянно.A thermal electrochemical battery is known (U.S. Pat. No. 3,899,353, class 136-83, 1975), comprising a housing, a block of electrochemical elements separated from the housing by a layer of heat-insulating material, in which the electrochemical elements are electrically connected to each other by jumpers made of metal foil and separated by pyroheaters and heat storage tablets containing lithium chloride and sodium chloride are placed between the electrochemical elements and at the ends of the block. An additional pyroheater is placed next to the heat accumulator, the heat release of which is slightly more (but not more than 2 times) than that of pyroheaters placed between electrochemical cells. Additional heat accumulators of a different composition than in the middle of the block, and additional pyroheaters are placed at each end of the block. The anode consists of calcium or magnesium, the cathode is made of lead chromate or calcium chromate. During the operation of this current source, the temperature in the middle of the block of electrochemical cells is maintained at the same level for a long time due to heat generation during crystallization of the substance of the heat accumulator. As a result, the duration of the discharge increases, and the voltage during the discharge is almost constant.

Недостатком известной тепловой батареи является то, что тепловые аккумуляторы в центре блока и на его концах имеют разный состав, а пиронагреватели имеют различное тепловыделение. Отсутствие унификации деталей приводит к возможности ошибок при сборке. Опасность таких ошибок заключается в трудности их обнаружения методами неразрушающего контроля. Кроме того, известная тепловая батарея недостаточно устойчива к воздействию механических перегрузок.A disadvantage of the known thermal battery is that the heat accumulators in the center of the unit and at its ends have different compositions, and pyroheaters have different heat dissipation. The lack of unification of parts leads to the possibility of errors during assembly. The danger of such errors lies in the difficulty of their detection by non-destructive testing methods. In addition, the well-known thermal battery is not sufficiently resistant to mechanical overloads.

Известна батарея ЛХИТ (п. РФ №2373614, Н01М 6/16, опубл. 10.04.2009), содержащая герметизированный контейнер с крышкой, набор электрически соединенных ЛХИТ, размещенных в контейнере, и электрические разъемы для подключения нагрузки и средств контроля и управления.Known battery LHIT (p. RF No. 2373614, H01M 6/16, publ. 10.04.2009), containing a sealed container with a lid, a set of electrically connected LHIT placed in the container, and electrical connectors for connecting the load and monitoring and control.

Недостатком данной батареи ЛХИТ является недостаточная надежность в эксплуатации и устойчивость к воздействию механических перегрузок.The disadvantage of this battery LHIT is the lack of reliability in operation and resistance to mechanical overloads.

Данная батарея ЛХИТ выбрана в качестве прототипа.This battery LHIT selected as a prototype.

Задача полезной модели состоит в создании взрывобезопасной литий-ионная аккумуляторная батареи с увеличенным сроком службы и надежностью работы, исключающих механические и тепловые воздействия на литий-ионные источники.The objective of the utility model is to create an explosion-proof lithium-ion rechargeable battery with increased service life and reliability, eliminating mechanical and thermal effects on lithium-ion sources.

Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента. При соблюдении этих предосторожностей, возможность образования металлического лития на поверхности электродов в ходе эксплуатации (что наиболее часто приводит к нежелательным последствиям), практически устранена.To ensure safety and durability, each battery pack must be equipped with an electrical control circuit to limit the peak voltage of each cell during charging and to prevent the cell voltage from dropping when discharged below an acceptable level. In addition, the maximum charge and discharge current should be limited and the cell temperature should be monitored. Subject to these precautions, the possibility of the formation of lithium metal on the surface of the electrodes during operation (which most often leads to undesirable consequences) has been practically eliminated.

Задача решается тем, что литий-ионная аккумуляторная батарея (далее батарея) включает корпус герметичной крышкой, с установленными в нем литий-ионными источниками тока. Корпус и крышка выполнены в виде термостата, в корпусе размещена кассета литий-ионных источников, электрически связанных между собой последовательно или параллельно посредством токоведущих шин, причем каждый литий-ионный источник тока связан с шиной через прерыватель электрической цепи, каждый из которых связан с электронными блоками контроля давления и контроля температуры. В полости корпуса и крышки с каждого торца размещены элементы жесткости в виде герметичного сильфона, внутри каждого закреплен на внутренней стенке корпуса и крышки подвижный элемент с теплопередающей поверхностью, эквидистантной наружной стенке корпуса и крышки, и имеющих возможность контактировать с наружной стенкой корпуса и крышки, при этом последние имеют соответствующие разъемные электрические контакты. Внутренняя полость корпуса заполнена элегазом. Наружная стенка корпуса может быть выполнена из трех теплопроводящих слоев, внутренний слой при этом выполнен механически вязким. Батарея может быть снабжена сенсорными устройствами. Подвижные элементы могут быть выполнены в виде сильфонов, на торце которых герметично установлены теплопередающие поверхности. Внутренние полости подвижных элементов, выполненные в виде герметичных сильфонов, могут быть заполнены капиллярной структурой, отвакуумированны и заполнены аммиаком или эфиром, либо спиртом с объемной концентрацией от 10000 ppm - 50000 ppm.The problem is solved in that the lithium-ion rechargeable battery (hereinafter referred to as the battery) includes a sealed housing with installed lithium-ion current sources. The housing and the cover are made in the form of a thermostat, the housing contains a cassette of lithium-ion sources, electrically connected to each other in series or in parallel via current-carrying buses, each lithium-ion current source being connected to the bus via a circuit breaker, each of which is connected to electronic units pressure control and temperature control. In the cavity of the housing and the cover, stiffeners are placed at each end in the form of a hermetic bellows, inside each mounted on the inner wall of the housing and cover a movable element with a heat transfer surface, an equidistant outer wall of the housing and cover, and having the ability to contact the outer wall of the housing and cover, the latter have corresponding detachable electrical contacts. The internal cavity of the housing is filled with SF6 gas. The outer wall of the housing can be made of three heat-conducting layers, while the inner layer is made mechanically viscous. The battery may be equipped with touch devices. The movable elements can be made in the form of bellows, at the end of which heat transfer surfaces are hermetically mounted. The internal cavities of the movable elements, made in the form of sealed bellows, can be filled with a capillary structure, evacuated and filled with ammonia or ether or alcohol with a volume concentration of 10,000 ppm to 50,000 ppm.

В связи с тем, что эффект «старения» литий-ионных батарей резко усиливается при слишком низкой или слишком высокой температуре, корпус и крышка выполнены в виде в виде термостата, в полости которых установлены подвижные элементы с теплопередающей поверхностью, которые установлены, в свою очередь, в герметичных сильфонах, что надежно сохраняет конструкцию батареи в целом и литий-ионных источников от нежелательных механических воздействий. Выполнение наружной стенки корпуса из трех теплопроводящих слоев, внутренний слой при этом выполнен механически вязким, также повышает безопасность от механических воздействий. То, что каждый литий-ионный источник тока связан с шиной через прерыватель электрической цепи, каждый из которых связан с электронными блоками контроля давления и контроля температуры, позволяет контролировать работоспособность батареи повышает ее взрывобезопасность.Due to the fact that the “aging” effect of lithium-ion batteries increases dramatically at too low or too high a temperature, the case and the cover are made in the form of a thermostat, in the cavity of which movable elements with a heat transfer surface are installed, which are installed, in turn , in sealed bellows, which reliably preserves the design of the battery as a whole and lithium-ion sources from unwanted mechanical influences. The implementation of the outer wall of the casing of three heat-conducting layers, the inner layer is made mechanically viscous, also increases safety from mechanical stress. The fact that each lithium-ion current source is connected to the bus via an electric circuit breaker, each of which is connected to electronic pressure and temperature control units, makes it possible to control the operability of the battery and increases its explosion safety.

На фиг. изображена конструкция батареи, где 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - литий-ионные источники, 4 - электронный блок контроля температуры и прерывания электрической цепи, 5 - электронный блок контроля давления и прерывания электрической цепи, 6 - сильфоны термопередающие, 7 - элементы жесткости, 8 - прерыватель электрической цепи, 9 - токоведущие шины, 10 - разъемные электрические контакты.In FIG. the battery design is shown, where 1 is the case, 2 is the cover, 3 is lithium-ion sources, 4 is the electronic unit for monitoring temperature and interrupting the electric circuit, 5 is the electronic unit for controlling pressure and interrupting the electric circuit, 6 are thermocouple bellows, 7 are elements stiffness, 8 - circuit breaker, 9 - current-carrying tires, 10 - detachable electrical contacts.

Батарея включает корпус 1 с герметичной крышкой 2, выполненными в виде термостата. Внутренняя полость корпуса 1 заполнена элегазом. В корпусе 1 размещена кассета литий-ионных источников 3, электрически связанных между собой последовательно или параллельно посредством токоведущих шин 9, причем каждый литий-ионный источник тока 3 связан с шиной 9 через прерыватель электрической цепи 8, каждый из которых связан с электронными блоками контроля давления и прерывания электрической цепи 5 и контроля температуры и прерывания электрической цепи 4. В полости корпуса 1 и крышки 2 с каждого торца размещены элементы жесткости 7 в виде герметичного сильфона, внутри каждого закреплен на внутренней стенке корпуса и крышки подвижный элемент 6 с теплопередающей поверхностью, эквидистантной наружной стенке корпуса 1 и крышки 2, и имеющих возможность контактировать с наружной стенкой корпуса 1 и крышки 2, при этом последние имеют соответствующие разъемные электрические контакты 10. Подвижные элементы 6 выполнены в виде сильфонов, на торце которых герметично установлены теплопередающие поверхности. В батарее блоки контроля температуры и давления связаны с блоком контроля и сигнализации по CAN-интерфейсу (на фиг. не показан).The battery includes a housing 1 with a sealed cover 2, made in the form of a thermostat. The internal cavity of the housing 1 is filled with SF6 gas. In the housing 1 there is a cassette of lithium-ion sources 3, electrically connected to each other in series or in parallel by means of busbars 9, each lithium-ion current source 3 being connected to the bus 9 through a circuit breaker 8, each of which is connected to pressure control electronic units and interruption of the electric circuit 5 and temperature control and interruption of the electric circuit 4. In the cavity of the housing 1 and the cover 2, stiffeners 7 in the form of a hermetic bellows are placed on each end, inside the inner wall of the housing and the cover is a movable element 6 with a heat transfer surface, an equidistant outer wall of the housing 1 and the cover 2, and having the ability to contact the outer wall of the housing 1 and the cover 2, the latter having corresponding detachable electrical contacts 10. The movable elements 6 are made in the form bellows, at the end of which heat-transferring surfaces are hermetically sealed. In the battery, the temperature and pressure control units are connected to the control and signaling unit via the CAN interface (not shown in Fig.).

Алгоритм работы батареи заключается в следующем: в батарее имеются специальные устройства защиты, предотвращающие превышение напряжения заряда выше определенного порогового значения. Электронный блок контроля температуры и прерывания электрической цепи 4 обеспечивает завершение заряда, если температура батареи достигнет 90°C. Кроме того, при превышении допустимой температуры срабатывают подвижные элементы 6 выполненные в виде сильфонов, на торце которых герметично установлены теплопередающие поверхности, которые растягиваются до соприкосновения с внешней стенкой корпуса 1, при этом происходит теплопередача и часть тепла уходит извне корпуса 1. Имеется еще один элемент защиты - электронный блок контроля давления и прерывания электрической цепи 5, который срабатывает при увеличении внутрикорпусного давления батареи. От внешних механических повреждений защищают элементы жесткости 7, выполненные в виде сильфонов.The algorithm of the battery is as follows: the battery has special protection devices that prevent exceeding the charge voltage above a certain threshold value. The electronic temperature control and interruption circuit 4 ensures completion of the charge if the battery reaches 90 ° C. In addition, when the permissible temperature is exceeded, the movable elements 6 are made in the form of bellows, at the end of which heat-transferring surfaces are hermetically sealed, which stretch until they come into contact with the external wall of the housing 1, heat transfer occurs and part of the heat goes outside the housing 1. There is another element protection - an electronic unit for monitoring pressure and interruption of the electric circuit 5, which is triggered by an increase in the internal pressure of the battery. Stiffeners 7 made in the form of bellows protect against external mechanical damage.

Таким образом, предложенная конструкция батареи позволила обеспечить улучшение эксплуатационных характеристик и безопасность ее эксплуатации, а именно позволила увеличить время работы батареи в 1,3 1,5 раза, повысить ее устойчивость к воздействию механических перегрузок, а также расширить температурный интервал работоспособности батареи на 30 40°C.Thus, the proposed design of the battery made it possible to improve the operational characteristics and the safety of its operation, namely, it allowed to increase the battery life by 1.3 1.5 times, increase its resistance to mechanical overloads, and also expand the temperature interval of battery life by 30 40 ° C.

Claims (6)

1. Литий-ионная аккумуляторная батарея, включающая корпус с герметичной крышкой с установленными в нем литий-ионными источниками тока, отличающаяся тем, что корпус и крышка выполнены в виде термостата, в корпусе размещена кассета литий-ионных источников, электрически связанных между собой последовательно или параллельно посредством токоведущих шин, причем каждый литий-ионный источник тока связан с шиной через прерыватель электрической цепи, каждый из которых связан с электронными блоками контроля давления и контроля температуры, в полости корпуса и крышки с каждого торца размещены элементы жесткости в виде герметичного сильфона, внутри каждого закреплен на внутренней стенке корпуса и крышки подвижный элемент с теплопередающей поверхностью, эквидистантной наружной стенке корпуса и крышки, и имеющих возможность контактировать с наружной стенкой корпуса и крышки, при этом последние имеют соответствующие разъемные электрические контакты.1. A lithium-ion rechargeable battery, comprising a housing with a sealed cover with lithium-ion power sources installed in it, characterized in that the housing and the cover are made in the form of a thermostat, a cassette of lithium-ion sources is placed in the housing, electrically connected to each other in series or in parallel by means of busbars, each lithium-ion current source connected to the bus via a circuit breaker, each of which is connected to the electronic pressure control and temperature control units, to the floor Stiffening elements in the form of a hermetic bellows are placed at the end of the case and the cover; at each end, a movable element is fixed on the inside wall of the case and cover, with a heat transfer surface, an equidistant outside wall of the case and cover, and having the ability to contact the outside wall of the case and cover, the latter have corresponding detachable electrical contacts. 2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость корпуса заполнена элегазом.2. The battery according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the housing is filled with SF6 gas. 3. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что наружная стенка корпуса выполнена из трех теплопроводящих слоев, внутренний слой при этом выполнен механически вязким.3. The battery according to claim 1, characterized in that the outer wall of the housing is made of three heat-conducting layers, while the inner layer is mechanically viscous. 4. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена сенсорными устройствами.4. The battery according to claim 1, characterized in that it is equipped with touch devices. 5. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что подвижные элементы выполнены в виде сильфонов, на торце которых герметично установлены теплопередающие поверхности.5. The battery according to claim 1, characterized in that the movable elements are made in the form of bellows, at the end of which heat transfer surfaces are hermetically mounted. 6. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что внутренние полости подвижных элементов, выполненные в виде герметичных сильфонов, заполнены капиллярной структурой, отвакуумированны и заполнены аммиаком или эфиром либо спиртом с объемной концентрацией 10000-50000 млн^-1.

6. The battery according to claim 5, characterized in that the internal cavity of the movable elements, made in the form of sealed bellows filled with a capillary structure, and filled otvakuumirovanny ammonia or an ether or an alcohol with a volume concentration 10000-50000 mn ^-1.