металлогазовый аккумулятор и способ эксплуатации металлогазового аккумулятора

Формула изобретения

1. Металлогазовый аккумулятор, содержащий корпус, состоящий из двух полусферических оболочек с фланцами, внутри которого установлен блок электродов с токовыводами, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одном из фланцев установлен блок сопротивления, выводы которого соединены с токовыводами блока электродов.

2. Способ эксплуатации металлогазового аккумулятора, включающий зарядку блока электродов постоянным током, отключение источника постоянного тока от блока электродов в процессе хранения в заряженном состоянии, последующее подключение его к потребителю и хранение металлогазового аккумулятора в разряженном состоянии, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации и хранения блок электродов замыкают на токовыводы блока сопротивления, при этом разрядный ток в процессе хранения в заряженном состоянии составляет 1 - 3% зарядного тока, в процессе же хранения в разряженном состоянии потенциал на токовыводах блока электродов устанавливают ниже напряжения, равного U = (0,1 - 0,3) n, где n - количество последовательно включенных электродов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания, которыми могут быть снабжены различные транспортные средства: электромобили, электрокары и т.д. Преимущественное использование - космическая промышленность и подводные аппараты в качестве аккумуляторов электроэнергии, самых экономичных и обладающих большим сроком службы.

Известен металлогазовый аккумулятор, содержащий блок электродов с токовыводами, установленный в корпусе, представляющий собой сосуд, сваренный за одно целое с дном (US патент 5208118, кл. H 01 M 2/02, 1993г).

Известен способ эксплуатации металлогазового аккумулятора, включающий зарядку его путем пропускания постоянного тока от положительного электрода к отрицательному, отключение источника постоянного тока от блока электродов в процессе хранения в заряженном состоянии, последующее подключение его к потребителю и хранение металлогазового аккумулятора в разряженном состоянии. При этом ток заряда регулируют в зависимости от температуры электролита и газовыделения (авт. св. СССР N 431589, кл. H 01 M 10/44, 1974г.)

Недостатками указанных технических решений-аналогов являются низкая эффективность заряда, связанная с наличием газовыделения в процессе заряда и неравномерностью работы металлокерамических электродов в процессе циклирования.

Наиболее близким по технической сущности является металлогазовый аккумулятор (прототип), содержащий корпус, состоящий из двух полусферических оболочек с фланцами, внутри которого установлен блок электродов с токовыводами (RU патент 2106726, кл. H 01 M 12/08, 2/00 1998г).

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ эксплуатации металлогазового аккумулятора, взятый за прототип, включающий зарядку блока электродов постоянным током с разрядом (именно это резко снижает газовыделение в процессе заряда), отключение источника постоянного тока от блока электродов в процессе хранения в заряженном состоянии, последующее подключение его к потребителю и хранение металлогазового аккумулятора в разряженном состоянии (RU патент 2056677, кл. H 01 M 10/26, 10/44 1996). Недостатками металлогазового аккумулятора и способа его эксплуатации, взятых за прототип, является то, что на металлогазовых электродах в процессе зарядно-разрядных циклов и в период хранения как в заряженном, так и в разряженном состоянии происходят интенсивное выделение кислорода и накопление его в пористых структурах электродов, что снижает разрядную энергоемкость, приводит к неравномерному саморазряду, а в случае превышения содержания кислорода в водороде свыше 4% - к пожаровзрывоопасной ситуации.

Кроме того, в периоды хранения металлогазового аккумулятора, в зонах, удаленных от блока электродов, т.е. в зонах расположения фланцев, где крепится блок электродов, происходит интенсивный теплоотвод, а следовательно, охлаждение корпуса в этом районе, что приводит к конденсации влаги и значит к изменению концентрации щелочи. Все перечисленные факты приводят к резкому снижению эффективности металлогазового аккумулятора, его надежности и ресурса работы.

Задачей настоящего изобретения является создание такого металлогазового аккумулятора и способа его эксплуатации, которые обеспечили бы высокую эффективность, надежность и большой ресурс работы, т. е., во-первых, значительно снизили бы выделение кислорода в процессе хранения в заряженном состоянии, во-вторых, при созданиии определенных условий во время хранения в разряженном состоянии весь кислород, выделившийся при эксплуатации, прореагировал бы на водородном электроде, обеспечивая тем самым благоприятную восстановительную атмосферу, что значительно улучшило бы эксплуатационные характеристики металлогазового аккумулятора, и, в-третьих, обеспечило бы нагрев тех зон металлогазового аккумулятора, в которых сосредотачивается конденсация влаги.

Решить поставленную задачу можно созданием такой конструкции аккумулятора, в которой токовыводы блока электродов были бы постоянно замкнуты через блок сопротивлений, обеспечивающий сравнительно малое прохождение составляющих тока 1 - 3% зарядного тока и соответственно снижающий потенциал напряжения на токовыводах и расположения блока сопротивления в местах, где происходит конденсация влаги. Задача решается совокупностью всех существенных признаков, необходимых и достаточных.

Суть изобретения заключается в том, что в металлогазовом аккумуляторе, содержащем корпус, состоящий из двух полусферических оболочек с фланцами, внутри которого установлен блок электродов с токовыводами, по крайней мере, в одном из фланцев установлен блок сопротивления, плюсовые и минусовые выводы которого соединены с соответствующими токовыводами блока электродов.

В способе эксплуатации металлогазового аккумулятора, включающем зарядку блока электродов постоянным током, отключения источника постоянного тока от блока электродов в процессе хранения в заряженном состоянии, последующее подключение его к потребителю и хранение металлогазового аккумулятора в разряженном состоянии, в процессе эксплуатации и хранения блок электродов замыкают на соответствующие токовыводы блока сопротивления, при этом разрядный ток в процессе хранения в заряженном состоянии составляет 1 - 3% зарядного тока, в процессе же хранения в разряженном состоянии потенциал устанавливают ниже напряжения, равного

U = (0,1 - 0,3) n,

где n - количество последовательно включенных электродов.

В предлагаемом металлогазовом аккумуляторе и способе его эксплуатации положительный эффект заключается в том, что при всех условиях эксплуатации токовыводы блока электродов находятся в постоянно замкнутом состоянии через блок сопротивлений, установленный в том месте, где обнаружена конденсация влаги, при этом сопротивление подобрано таким образом, что при заряде и при хранении ток, протекающий через блок сопротивлений, находится в пределах от 1 до 3% от тока заряда, а при хранении в разряженном состоянии потенциал на токовыводах блока электродов устанавливают в пределах от U = 0,1 n до U = 0,3 n, где n - количество последовательно включенных электродов. Выбранный передел объясняется следующими причинами: в случае прохождения тока через блок сопротивлений, меньшего 1% от тока заряда, во-первых, невозможно испарить влагу в том месте, где обнаружена ее конденсация, и, во-вторых, потенциал на токовыводы блока электродов при таком большом сопротивлении практически не изменится и будет равен напряжению при разомкнутой цепи, что не позволит избавиться от накопившегося кислорода, а следовательно, задача не будет решена. При прохождении тока более 3% значительно снижается КПД аккумулятора. При токе менее 3% КПД падает незначительно, так как такого типа аккумуляторы обладают значительным саморазрядом, т.е. все равно эти потери (~ 3%) присущи им. В данном случае ток саморазряда (при котором может образовываться кислород) заряжен на ток разряда. При этом в процессе хранения в разряженном состоянии (в случае прохождения тока в пределах от 1 до 3%) потенциал на блоке электродов устанавливается в пределах U = (0,1 - 0,3) n, где n - количество последовательно включенных электродов. Следует заметить еще то, что при прохождении тока через блок сопротивления более 3% будет происходить значительный перегрев конструкции аккумулятора. Как показали эксперименты, именно при прохождении тока через блок сопротивления в пределах 1 - 3% от тока заряда достигается наибольший эффект.

На чертеже показан металлогазовый аккумулятор.

Металлогазовый аккумулятор содержит корпус, состоящий из полусферических оболочек 1, 3 и цилиндрических фланцев 2. Внутри корпуса установлен блок электродов 4 с токовыводами 5 и 6. В цилиндрическом фланце 2 установлены соединенные между собой сопротивления 7 и 8, образуя при этом блок сопротивлений. Выводы из блока сопротивлений подсоединены к токовыводам блока электродов 5 и 6. Блок сопротивлений состоит, например, из резисторов (ОЖО, 467, 093ТУ ОСС2-33Н-1-1, 3кОм + 1,5% - А-Д-Б), соединенных последовательно - параллельно.

Эксплуатацию аккумулятора осуществляют следующим образом.

Заряжают блок электродов постоянным током, при этом блок электродов замыкают на соответствующие токовыводы блока сопротивления и при заряде пропускают ток и через блок сопротивления, что позволяет обогревать фланец 2 оболочки 1 до температуры, при которой не происходит конденсация влаги;

отключают источник постоянного тока от блока электродов в процессе хранения в заряженном состоянии, при этом от 1 до 3% зарядного тока пропускают через блок сопротивления; фланец 2 оболочки 1 обогревается до температуры выше температуры конденсации влаги при температуре хранения (например, если температура хранения 20^oC, то нагрев до температуры ~25^oC) и снижают потенциал на блоке электродов. это уменьшает образование кислорода в блоке электродов при хранении в заряженном состоянии;

подключают блок электродов к потребителю и хранят металлогазовый аккумулятор в разряженном состоянии.

В процессе хранения в разряженном состоянии потенциал устанавливают ниже напряжения, равного U = (0,1 - 0,3)n, в результате чего кислород, накопившийся за время эксплуатации, плавно полностью вступает в реакцию на водородном электроде; устанавливается чисто водородная, безопасная в эксплуатации атмосфера.

Таким образом, повышаются эффективность металлогазового аккумулятора, надежность его работы и увеличивается его ресурс.