RU96444U1

RU96444U1 - ELECTROCHEMICAL CAPACITOR AND BATTERY ON ITS BASIS

Info

Publication number: RU96444U1
Application number: RU2009148477/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Валерьевич Самсонов; Алексей Николаевич Целых; Аркадий Федорович Потапов; Ольга Георгиевна Андросова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергия"
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-07-27

Abstract

1. Электрохимический конденсатор (ЭХК), содержащий корпус, поляризуемый пористый углеродный электрод, неполяризуемый оксидно-никелевый электрод и пористый сепаратор, пропитанный щелочным электролитом, отличающийся тем, что корпус снабжен газовым клапаном, углеродный электрод изготовлен из ткани, при этом его пористость составляет 65÷75%, а его сорбционная активность по йоду равна 80-85%, щелочной КОН электролит имеет концентрацию 28÷31 мас.% и содержит LiOH, при этом соотношение LiOH/KOH в электролите равно 0,043÷0,063, отношение уровня электролита к высоте внутренней полости корпуса равно 0,8÷0,97. ! 2. ЭХК по п.1, отличающийся тем, что газовый клапан выполнен в виде ниппеля с трубкой из щелочестойкой резины. ! 3. ЭХК по п.1, отличающийся тем, что углеродный тканевый электрод изготовлен из волокнистого сорбента марки БУСОФИТ-Л, выработанного из вискозных технических лент. ! 4. ЭХК по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из полимерного материала бален (полипропилен с сополимером пропилена) марки 02035. ! 5. ЭХК по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен из волокнистого полипропиленового мембранного материала марки 7Б. ! 6. ЭХК по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен из бумаги сепараторной марки БСК-50. ! 7. Батарея ЭХК, содержащая корпус с токовыводами, набор ЭХК, включающий, по меньшей мере, два ЭХК, размещенные в корпусе и электрически соединенные перемычками между собой и с токовыводами, устройство поджатия ЭХК, содержащее пружину и пластину со стороны ЭХК, отличающаяся тем, что ЭХК выполнены по любому из пп.1-6. ! 8. Батарея по п.7, отличающаяся тем, что удельное усилие поджатия, развиваемое пружиной, равно 1,0÷3,0 кгс/см2. ! 9. Батарея 1. An electrochemical capacitor (ECC) containing a body, a polarizable porous carbon electrode, a non-polarizable oxide-nickel electrode and a porous separator impregnated with an alkaline electrolyte, characterized in that the body is equipped with a gas valve, the carbon electrode is made of fabric, while its porosity is 65 ÷ 75%, and its sorption activity for iodine is 80-85%, alkaline KOH electrolyte has a concentration of 28 ÷ 31 wt.% And contains LiOH, while the LiOH / KOH ratio in the electrolyte is 0.043 ÷ 0.063, the ratio of the electrolyte level to the height of the internal the body cavity is 0.8 ÷ 0.97. ! 2. EHK according to claim 1, characterized in that the gas valve is made in the form of a nipple with a tube made of alkali-resistant rubber. ! 3. ECC according to claim 1, characterized in that the carbon fabric electrode is made of a fibrous sorbent of the BUSOFIT-L brand, made from viscose industrial tapes. ! 4. EHK according to claim 1, characterized in that the body is made of polymeric material Balen (polypropylene with propylene copolymer) grade 02035.! 5. ECC according to claim 1, characterized in that the separator is made of fibrous polypropylene membrane material of grade 7B. ! 6. EHK according to claim 1, characterized in that the separator is made of paper separator grade BSK-50. ! 7. Battery EHC, containing a housing with current leads, a set of EHCs, including at least two EHCs located in the housing and electrically connected by jumpers to each other and to the current leads, an EHC preload device containing a spring and a plate from the EHC side, characterized in that that EHC are performed according to any one of claims 1-6. ! 8. The battery according to claim 7, characterized in that the specific compression force developed by the spring is 1.0 ÷ 3.0 kgf / cm2. ! 9. Battery

Description

Полезная модель относится к электротехнике, конкретно к электрохимическим конденсаторам с двойным электрическим слоем и батареям на их основе.The utility model relates to electrical engineering, specifically to electrochemical capacitors with a double electric layer and batteries based on them.

Известен электрохимический конденсатор (ЭХК), содержащий герметичный корпус, поляризуемые углеродные электроды и сепаратор, пропитанный электролитом (Патент России 2156512, Н01G 9/042, 2000).Known electrochemical capacitor (ECC), containing a sealed housing, polarizable carbon electrodes and a separator impregnated with an electrolyte (Russian Patent 2156512, H01G 9/042, 2000).

Недостатком указанного ЭХК являются сложность конструкции и высокая стоимость изготовления.The disadvantage of this ECC is the design complexity and high manufacturing cost.

Известен ЭХК, содержащий корпус, электроды на основе углерода, сепаратор, пропитанный щелочным электролитом (Патент РФ №2098879, Н01G 9/155, 1997).Known ECC containing a housing, carbon based electrodes, a separator impregnated with an alkaline electrolyte (RF Patent No. 2098879, H01G 9/155, 1997).

Недостатком этого ЭХК сложность конструкции и высокая стоимость изготовления.The disadvantage of this ECC is the design complexity and high manufacturing cost.

Из известных ЭХК наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является ЭХК, содержащий корпус, поляризуемый пористый углеродный электрод, не поляризуемый оксидно-никелевый электрод и пористый сепаратор, пропитанный щелочным электролитом (Патент РФ №2063085 С1, Н01G 9/00, 1996).Of the known ECCs, the closest in technical essence and technical result achieved is an ECC containing a housing, a polarizable porous carbon electrode, a non-polarizable oxide-nickel electrode and a porous separator impregnated with an alkaline electrolyte (RF Patent No. 2063085 C1, H01G 9/00, 1996) .

Недостатком этого известного ЭХК низкие характеристики и невысокая надежность эксплуатации, связанные с возможностью внутреннего газовыделения, приводящего к снижению характеристик и последующему выходу ЭХК из строя.The disadvantage of this well-known ECC is its low performance and low reliability associated with the possibility of internal gas evolution, leading to a decrease in the characteristics and subsequent failure of the ECC.

Известна батарея ЭХК, содержащая корпус, в котором ЭХК поджаты между силовыми стенками, соединенными между собой стяжками (патент России 2345434 H01G 9/00, 9/08, 2009).Known battery EHC containing a housing in which the EHC are pressed between the power walls connected by couplers (Russian patent 2345434 H01G 9/00, 9/08, 2009).

Недостатками этой батареи являются сложность конструкции и сборки, что повышает стоимость изготовления батареи.The disadvantages of this battery are the complexity of the design and assembly, which increases the cost of manufacturing the battery.

Из известных батарей ЭХК наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является батарея ЭХК, содержащая корпус с токовыводами, набор ЭХК, включающий, по меньшей мере, два ЭХК, размещенные в корпусе и электрически соединенные перемычками, между собой и с токовыводами, устройство поджатия ЭХК, содержащее пружину и пластину со стороны ЭХК (Патент РФ №2260867, H01G 9/0, 9/016, 9/058).Of the known ECC batteries, the closest in technical essence and technical result achieved is the ECC battery containing a housing with current leads, an ECC kit including at least two ECCs located in the housing and electrically connected by jumpers, between themselves and with current leads, a preload device ECC containing a spring and a plate on the ECC side (RF Patent No. 2260867, H01G 9/0, 9/016, 9/058).

Недостатком этой батареи является низкая надежность, связанная с возможностью внутреннего газовыделения, приводящего к снижению характеристик и последующему выходу его из строя, отсутствием контроля о состоянии заряда ЭХК, а также и отсутствием защиты батареи от токовой перегрузки.The disadvantage of this battery is the low reliability associated with the possibility of internal gas evolution, leading to a decrease in performance and its subsequent failure, lack of monitoring of the state of charge of the ECC, and the lack of protection of the battery against current overload.

Задачей полезной модели является создание ЭХК и батареи ЭХК, обладающие высокими характеристиками и надежностью эксплуатации.The objective of the utility model is the creation of an EHC and an EHC battery with high performance and reliable operation.

Указанный технический результат достигается тем, что ЭХК содержит корпус, поляризуемый пористый углеродный электрод, не поляризуемый оксидно-никелевый электрод и пористый сепаратор, пропитанный щелочным электролитом, при этом корпус снабжен газовым клапаном, углеродный электрод изготовлен из ткани, при этом его пористость составляет 65÷75%, а его сорбционная активность по йоду равна 80-85%, щелочной КОН электролит имеет концентрацию 28÷31 масс.% и содержит LiOH, при этом, соотношении LiOH/КОН в электролите равно 0,043÷0,063, отношение уровня электролита к высоте внутренней полости корпуса равно 0,8÷0,97.The specified technical result is achieved by the fact that the ECC contains a housing, a polarizable porous carbon electrode, a non-polarizable oxide-nickel electrode and a porous separator impregnated with an alkaline electrolyte, while the housing is equipped with a gas valve, the carbon electrode is made of fabric, and its porosity is 65 ÷ 75%, and its sorption activity on iodine is 80-85%, alkaline KOH electrolyte has a concentration of 28 ÷ 31 wt.% And contains LiOH, while the ratio of LiOH / KOH in the electrolyte is 0.043 ÷ 0.063, the ratio of the level of electrolyte to the height of the internal cavity of the housing is equal to 0.8 ÷ 0.97.

Концентрация раствора электролита КОН равная 28,3÷31,2% позволяет обеспечить работу ЭХК при температуре минус 50°С. При введении в электролит добавки гидроксида лития, величина заявленного соотношения LiOH/KOH в системе LiOH-KOH-H₂O, равная 0,043÷0,063, является наиболее оптимальной. При снижении этого соотношения электрическая проводимость раствора снижается, а при увеличении отношения изменение электрической проводимости неощутимо.The concentration of the KOH electrolyte solution equal to 28.3 ÷ 31.2% allows you to ensure the operation of the ECC at a temperature of minus 50 ° C. When lithium hydroxide is added to the electrolyte, the declared LiOH / KOH ratio in the LiOH-KOH-H ₂ O system, equal to 0.043 ÷ 0.063, is the most optimal. With a decrease in this ratio, the electrical conductivity of the solution decreases, and with an increase in the ratio, the change in electrical conductivity is imperceptible.

Сочетание пористости тканевых углеродных электродов, равной 65÷75%, с их высокой сорбционной активностью по йоду, равной 80-85%, обеспечивает высокую степень заполнения пор электродов электролитом и, как следствие, повышение характеристик и надежность ЭХК. Высокие пористость и сорбционная активность позволили достичь в ЭХК согласно полезной модели максимальную из известных плотность разрядного тока на углеродном электроде 120 мА/см².The combination of porosity of tissue carbon electrodes equal to 65 ÷ 75%, with their high sorption activity for iodine, equal to 80-85%, provides a high degree of filling of the pores of the electrodes with electrolyte and, as a result, increase the characteristics and reliability of the ECC. High porosity and sorption activity made it possible to achieve the maximum known density of the discharge current on the carbon electrode of 120 mA / cm ² in the ECC according to the utility model.

Заявленное отношения уровня электролита во внутренней полости корпуса ЭХК к высоте этой полости в пределах 0,80÷0,97 необходимо для обеспечения надежной работы ЭХК. Нижний предел отношения обеспечивает необходимое перекрытие электролитом верхнего края пакета электродов, что свидетельствует о наличии необходимого количества электролита для надежной работы ЭХК. Разница между верхним и нижним пределами отношения вызвана разницей пористости электродов, поры которых заполняются электролитом, технологическими допусками на дозы электролита, размеры корпуса и параметры процесса вакуумирования. Верхний предел отношения, равный 0,97, ограничивает максимальный объем электролита, исходя из возможности его температурного расширения. Наличие газового клапана обеспечивает сброс газа из ЭХК при превышении давления выше допустимого. Это повышает выходные характеристики и надежность ЭХК.The stated ratio of the electrolyte level in the internal cavity of the ECC housing to the height of this cavity in the range of 0.80 ÷ 0.97 is necessary to ensure reliable operation of the ECC. The lower limit of the ratio provides the necessary overlapping by the electrolyte of the upper edge of the electrode stack, which indicates the presence of the required amount of electrolyte for reliable operation of the ECC. The difference between the upper and lower limits of the ratio is caused by the difference in the porosity of the electrodes, the pores of which are filled with electrolyte, technological tolerances for electrolyte doses, housing dimensions and evacuation process parameters. The upper limit of the ratio, equal to 0.97, limits the maximum volume of electrolyte, based on the possibility of its thermal expansion. The presence of a gas valve ensures the discharge of gas from the ECC when the pressure is higher than the permissible value. This improves the output characteristics and reliability of the ECC.

Целесообразно, чтобы газовый клапан был выполнен в виде ниппеля с трубкой из щелочестойкой резины. Такое исполнение газового клапана упрощает его конструкцию и снижает стоимость.It is advisable that the gas valve was made in the form of a nipple with a tube of alkali-resistant rubber. This embodiment of the gas valve simplifies its design and reduces cost.

Целесообразно, чтобы, что углеродный тканевый электрод был изготовлен из волокнистого сорбента марки БУСОФИТ-Л, выработанного из вискозных технических лент. Указанный материал является общедоступным и обладает требуемыми пористостью и сорбционной активностью по иоду.It is advisable that the carbon fabric electrode was made of a fibrous sorbent brand BUSOFIT-L, produced from viscose technical tapes. The specified material is publicly available and has the required porosity and sorption activity for iodine.

Целесообразно, чтобы корпус был выполнен из полимерного материала бален (полипропилен с сополимером пропилена) марки 02035. Указанный материал общедоступен, обладает требуемыми механическими характеристиками, стоек в щелочном электролите и имеет низкую стоимость.It is advisable that the casing is made of a polymeric balen material (polypropylene with a propylene copolymer) grade 02035. The specified material is publicly available, has the required mechanical characteristics, is resistant in an alkaline electrolyte, and has a low cost.

Целесообразно, чтобы сепаратор был выполнен из волокнистого полипропиленового мембранного материала марки 7Б, или из бумаги сепараторной марки БСК-50. Указанные сепараторные материалы обладают необходимой пористостью и механической прочностью.It is advisable that the separator be made of fibrous polypropylene membrane material grade 7B, or of paper separator brand BSK-50. These separator materials have the necessary porosity and mechanical strength.

Что касается батареи ЭХК, то указанный технический результат достигается тем, что батарея ЭХК содержит корпус с токовыводами, набор ЭХК, включающий, по меньшей мере, два ЭХК, размещенные в корпусе и электрически соединенные перемычками, между собой и с токовыводами, устройство поджатия ЭХК, содержащее пружину и пластину со стороны ЭХК, при этом, ЭХК выполнены в соответствие п.п.1-6 формулы полезной модели. Использование в составе батареи указанных ЭХК, обладающих высокими характеристиками и надежностью, обеспечивают соответствующие характеристики батареи.As for the EHC battery, the indicated technical result is achieved by the fact that the EHC battery contains a housing with current outputs, an EHC set including at least two EHCs located in the housing and electrically connected by jumpers, between themselves and with current outputs, an EHC preload device, containing a spring and a plate from the side of the ECC, while the ECC is made in accordance with paragraphs 1-6 of the formula of the utility model. The use of these ECCs with high characteristics and reliability in the battery composition ensures the corresponding battery characteristics.

Целесообразно, чтобы удельное усилие поджатия, развиваемое пружиной, было равно 1,0÷3,0 кгс/см². Удельное усилие сжатия конденсаторов в батарее, развиваемое пружиной, равное 1,0÷3,0 кгс/см², является оптимальным. В этом диапазоне достигается плотный контакт электродов и сепараторов в пакете электродов внутри ЭХК, необходимый для обеспечения нормальной работы. При снижении удельного усилия сжатия ЭХК ниже нижнего предела, равного 1,0 кгс/см², возрастает внутреннее электрическое сопротивление, негативно влияющее на характеристики. При превышении удельного усилия сжатия свыше 3,0 кгс/см² происходит деформация полимерных корпусов ЭХК и разрушение электродов.It is advisable that the specific preload force developed by the spring is equal to 1.0 ÷ 3.0 kgf / cm ² . The specific compression force of the capacitors in the battery, developed by the spring, equal to 1.0 ÷ 3.0 kgf / cm ² is optimal. In this range, close contact of the electrodes and separators in the package of electrodes inside the ECC is achieved, which is necessary to ensure normal operation. With a decrease in the specific compressive force of the ECC below the lower limit equal to 1.0 kgf / cm ² , the internal electrical resistance increases, which negatively affects the characteristics. If the specific compressive force is exceeded above 3.0 kgf / cm ² , the polymer bodies of the ECC are deformed and the electrodes are destroyed.

Целесообразно чтобы батарея содержала электронный блок контроля для выработки контрольных сигналов о трех состояниях заряженности батареи, а по крайней мере одна из перемычек в батарее была выполнена в виде слабого - плавкого звена в последовательной электрической цепи ЭХК. Электронный блок контроля вырабатывает слаботочные электрические сигналы на светодиоды индикации о трех состояниях заряженности батареи, информация о которых необходима в качестве руководства при эксплуатации батареи. Это облегчает эксплуатацию и повышает надежность батареи от выхода из строя.It is advisable that the battery contains an electronic control unit for generating control signals about the three states of battery charge, and at least one of the jumpers in the battery was made in the form of a weak - fusible link in the serial electric circuit of the ECC. The electronic control unit generates low-current electrical signals to the LEDs indicating three states of battery charge, information about which is necessary as a guide for battery operation. This facilitates operation and increases the reliability of the battery from failure.

Выполнение в электрической цепи последовательно соединенных конденсаторов участка по крайней мере одной из перемычек между конденсаторами в качестве плавкого звена, расправляющийся при превышении допустимой пиковой токовой нагрузки на батарею, повышает надежность по защите электродов конденсаторов от выхода из строя при пиковой токовой перегрузке батареи.The execution in the electric circuit of series-connected capacitors of a section of at least one of the jumpers between the capacitors as a fusible link, expanding when the permissible peak current load on the battery is exceeded, increases the reliability of protecting the capacitor electrodes from failure during peak current overload of the battery.

Целесообразно, чтобы перемычки были присоединены к борнам ЭХК болтовым, либо сварным соединением. Это повышает надежность батареи.It is advisable that the jumpers be connected to the ECC boric by bolt or welded connection. This improves battery reliability.

Целесообразно, чтобы в батарее ЭХК были расположены в один или несколько рядов, при этом ЭХК и ряды электрически соединены последовательно, или ЭХК в ряду электрически соединены последовательно, а соседние ряды включены электрически параллельно, или соседние ЭХК в разных рядах были соединены в секции параллельно, а секции соединены последовательно, или соседние ЭХК в разных рядах были соединены в секции последовательно и секции также соединены последовательно. Последовательное соединение ЭХК позволяет обеспечить требуемое напряжение батареи, а параллельное соединение - требуемую величину тока нагрузки.It is advisable that the ECCs in the battery are arranged in one or several rows, while the ECC and the rows are electrically connected in series, or the ECCs in the row are electrically connected in series, and the adjacent rows are electrically connected in parallel, or adjacent ECCs in different rows are connected in parallel in sections. and sections are connected in series, or neighboring ECCs in different rows were connected in sections in series and sections are also connected in series. The serial connection of the ECC allows you to provide the required battery voltage, and the parallel connection - the required value of the load current.

Целесообразно, чтобы пружины поджатия и пластины были расположены на противоположных концах ряда ЭХК. Это позволяет обеспечить требуемое усилие поджатия.It is advisable that the preload springs and plates are located at opposite ends of the ECC row. This allows you to provide the required preload force.

Целесообразно, чтобы, что ЭХК, пружина поджатия и пластина помещены в общий хомут, а хомут являлся бы корпусом батареи. Наличие хомута позволяет объединить отдельные ЭХК в единый блок батареи.It is advisable that the ECC, the preload spring and the plate are placed in a common clamp, and the clamp would be the battery case. The presence of a clamp allows you to combine individual ECCs into a single battery pack.

Целесообразно, чтобы пружина поджатия была выполнена в виде сегмента отрезка трубы или плоской пластины с лапками, отогнутыми в сторону пластины, а количество лапок равно 10÷20.It is advisable that the preload spring was made in the form of a segment of a pipe segment or a flat plate with tabs bent towards the plate, and the number of tabs is 10 ÷ 20.

Выполнение пружины поджатия в виде сегмента отрезка трубы или плоской пластины с лапками, отогнутыми в сторону пластины позволяет минимизировать затраты объема батареи на размещение узла поджатия, а количество лапок в плоской пружине выбирается в зависимости от размеров конденсаторов.The implementation of the preload spring in the form of a segment of a pipe segment or a flat plate with tabs bent towards the plate minimizes the cost of the battery volume for placing the preload unit, and the number of paws in a flat spring is selected depending on the size of the capacitors.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

На фиг.1 - продольный разрез конденсатора,Figure 1 is a longitudinal section of a capacitor,

На фиг.2 - поперечный разрез конденсатора 1¹-1¹ по фиг.1.Figure 2 is a cross section of a capacitor 1 ¹ -1 ¹ in figure 1.

На фиг.3 - вид батареи конденсаторов, сбоку; без стенки,Figure 3 is a side view of a capacitor bank; without wall

На фиг.4 - вид сверху батареи, содержащей один ряд конденсаторов, соединенных последовательно; крышка снята,Figure 4 is a top view of a battery containing one row of capacitors connected in series; the cover is removed

На фиг.5 - вид в аксонометрии перемычки без крепежных отверстий,Figure 5 is a perspective view of a jumper without mounting holes,

На фиг.6 - поперечный разрез перемычки 1¹-1¹ по фиг.5.In Fig.6 is a cross section of a jumper 1 ¹ -1 ¹ in Fig.5.

На фиг.7 - вид в аксонометрии пружины в виде сегмента отрезка трубы,7 is a perspective view of a spring in the form of a segment of a pipe segment,

На фиг.8 - вид в аксонометрии плоской пружины с лапками,On Fig is a perspective view of a flat spring with tabs,

На фиг.9 - электрическая блок-схема батареи с одним рядом ЭХК, соединенных последовательно,Figure 9 is an electrical block diagram of a battery with one row of ECCs connected in series,

На фиг.10 - электрическая блок-схема батареи двумя рядами ЭХК, ЭХК в разных рядах соединены в секции последовательно и секции также соединены последовательно,Figure 10 is an electrical block diagram of a battery with two rows of ECC, ECC in different rows are connected in sections in series and sections are also connected in series,

На фиг.11 - электрическая блок-схема батареи с двумя рядами ЭХК, ЭХК соединены последовательно, а ряды параллельно,11 is an electrical block diagram of a battery with two rows of ECC, ECC connected in series, and the rows in parallel,

На фиг.12 - электрическая блок-схема батареи с двумя рядами ЭХК, соседние ЭХК в разных рядах соединены параллельно в секции, соединенные последовательно,On Fig is an electrical block diagram of a battery with two rows of ECC, adjacent ECC in different rows are connected in parallel in sections connected in series,

На фиг.13 - электрическая схема электронного блока контроля.On Fig - electrical circuit of the electronic control unit.

ЭХК 1 состоит из полимерного корпуса 2, в который помещен пакет 3, состоящий из одного тканевого ленточного углеродного электрода, обернутого вокруг нескольких оксидно-никелевых электродов, причем каждый оксидно-никелевый электрод отдельно обернут сепаратором (на чертеже не показан). Токоотводы электродов 4 и 5 присоединены к разноименным токовыводам-борнам 6 и 7, содержащим вверху отверстие 7-а для закрепления перемычек, включающих ЭХК в электрическую цепь батареи. ЭХК закрыт крышкой 8, присоединенной к корпусу 2 неразъемным соединением, в которую ввернут газовый клапан-ниппель 9, состоящий из трубки из щелочестойкой резины 10, надетой на стержень 11, содержащий продольное и поперечное отверстия 12 и 13. Вариант: крышка отсутствует, на ее месте корпус выполнен сплошным совместно с газовым клапаном и установленными борнами, а дно корпуса приварено (на чертеже не показано). В ЭХК залит двухкомпонентый щелочной электролит 14, состоящий из раствора гидроксида калия с добавкой гидроксида лития, до уровня 15 выше верхнего края пакета электродов 16, а отношение высоты уровня электролита «А» к высоте внутренней полости корпуса «Б» равно 0,8-0,97.ECC 1 consists of a polymer casing 2, in which a packet 3 is placed, consisting of a single fabric tape carbon electrode wrapped around several oxide-nickel electrodes, each oxide-nickel electrode separately wrapped by a separator (not shown). The down conductors of electrodes 4 and 5 are connected to unlike current leads-bourns 6 and 7, which have a hole 7-a at the top for securing jumpers that include an EHC in the battery electric circuit. The ECC is closed by a cover 8, attached to the housing 2 by a one-piece connection, into which a gas valve-nipple 9 is screwed, consisting of a tube of alkali-resistant rubber 10, worn on a rod 11 containing longitudinal and transverse openings 12 and 13. Option: there is no cover on it in place, the casing is continuous with the gas valve and the installed bourns, and the bottom of the casing is welded (not shown in the drawing). A two-component alkaline electrolyte 14, consisting of a potassium hydroxide solution with the addition of lithium hydroxide, is poured into the ECC to a level of 15 above the upper edge of the electrode stack 16, and the ratio of the height of the electrolyte level “A” to the height of the internal cavity of the “B” body is 0.8-0 97.

Батарея 17 ЭХК содержит корпус 18 и крышку 19, разноименные токовыводы 20 и 21, ЭХК 1, борны которых соединены медными перемычками 22 посредством болтовых соединений 23 (вариант: соединение перемычек с борнами - сварное, осуществленное после сжатия конденсаторов - на чертеже не показано). По крайней мере одна из перемычек 24 по площади сечения S на участке длиной L является плавкой. Устройство поджатия ЭХК включает хомут 25, скрепляющий ЭХК, плоскую пружину 26 с отогнутыми лапками 27 (вариант - пружину 28 в виде сегмента отрезка трубы), развивающую удельное усилие сжатия 1,0-3,0 кгс, передаваемое на пластину 29, прижимающуюся к корпусу 2 ЭХК 1. Батарея содержит электронный блок контроля 30 (коммутация к электронному блоку контроля на чертеже не показана).The battery 17 of the ECC contains a housing 18 and a cover 19, unlike current leads 20 and 21, ECC 1, the boron of which is connected by copper jumpers 22 by means of bolted joints 23 (option: the connection of the jumpers with the born is welded, made after compression of the capacitors, is not shown in the drawing). At least one of the jumpers 24 across the cross-sectional area S in a section of length L is melting. The ECC preload device includes a clamp 25 fastening the ECC, a flat spring 26 with bent tabs 27 (the option is a spring 28 in the form of a segment of a pipe segment), developing a specific compression force of 1.0-3.0 kgf, transmitted to the plate 29, pressed against the body 2 ECC 1. The battery contains an electronic control unit 30 (switching to the electronic control unit is not shown in the drawing).

Электрическая блок-схема батареи представлена на фиг.9-12, на которых ряды ЭХК представлены под №31, секции последовательно соединенных ЭХК - №32, а секции параллельно соединенных ЭХК - №33. Электрическая схема электронного блока контроля приведена на фиг.13.The electrical block diagram of the battery is shown in FIGS. 9-12, in which the ECC rows are shown at No. 31, the sections of the ECC connected in series are No. 32, and the sections of the ECC connected in parallel are No. 33. The electrical circuit of the electronic control unit is shown in Fig.13.

Электронный блок контроля предназначен для световой индикации значения напряжения конденсаторов. Он вырабатывает слаботочные сигналы на светодиод индикации о состоянии заряженности батареи и индицирует три уровня напряжения: меньше нормы, норма и больше нормы. В первом случае двухцветный светодиод мигает красным цветом, во втором - постоянно светит желтым или оранжевым цветом, образующимся при одновременном включении красного и зеленого цветов, а в третьем случае светодиод мигает зеленым цветом.The electronic control unit is designed for light indication of the voltage value of the capacitors. It generates low-current signals to the LED indicating the state of charge of the battery and displays three voltage levels: less than normal, normal and more than normal. In the first case, the two-color LED blinks red, in the second it constantly lights yellow or orange, which forms when the red and green colors are turned on simultaneously, and in the third case, the LED blinks green.

На операционных усилителях (ОУ) DA1.1 и DA1.2 собраны компараторы напряжения, а на резисторе R4 и эмиттерном переходе транзистора VT1, включенном в обратном направлении, - источник образцового напряжения (около 6,5 В). Конденсаторы С1 и С2 повышают помехоустойчивость индикатора.Voltage comparators are assembled on operational amplifiers (op amps) DA1.1 and DA1.2, and a reference voltage source (about 6.5 V) is assembled on resistor R4 and the emitter junction of VT1, turned on in the opposite direction. Capacitors C1 and C2 increase the noise immunity of the indicator.

На логических элементах DD1.2, DD1.3 выполнен генератор прямоугольных импульсов с частотой следования несколько герц. Элемент DD1.1 выполняет функцию 2И-НЕ, а на транзисторе VT2 собран электронный ключ.A logic pulse generator with a repetition rate of several hertz is made on the logic elements DD1.2, DD1.3. Element DD1.1 performs the function of 2I-NOT, and an electronic key is assembled on the transistor VT2.

Электронный блок контроля работает следующим образом. Компаратор на операционном усилителе DA1.1 переключается, когда питающее напряжение находится на нижней границе нормальной зоны, а компаратор на операционном усилителе DA1.2 переключается вблизи верхней границы. Когда напряжение ниже нормы на выходе DA1.2 высокий логический уровень, а на выходе DA1.1 - низкий. В результате на выходе элемента DD1.1 высокий логический уровень и генератор начинает работать. Транзистор VT2 периодически с частотой генератора открывается, и двухцветный светодиод вспыхивает красным цветом с этой частотой.The electronic control unit operates as follows. The comparator on the operational amplifier DA1.1 switches when the supply voltage is at the lower boundary of the normal zone, and the comparator on the operational amplifier DA1.2 switches near the upper boundary. When the voltage is below normal, output DA1.2 has a high logic level and output DA1.1 low. As a result, the output of the element DD1.1 is a high logic level and the generator starts to work. Transistor VT2 periodically opens with a generator frequency, and a two-color LED flashes red at this frequency.

Когда напряжение будет в норме, на выходах операционного усилителя появляются высокие логические уровни, а на выходе элемента DD1.1 - низкий. Генератор не работает, на выходе элемента DD1.4 присутствует высокий логический уровень, поэтому транзистор VT2 откроется. Светодиод будет светить желтым или оранжевым суммарным цветом.When the voltage is normal, high logic levels appear at the outputs of the operational amplifier, and low at the output of the DD1.1 element. The generator does not work, at the output of the element DD1.4 there is a high logic level, so the transistor VT2 will open. The LED will light yellow or orange in total.

При превышении напряжения верхнего предела нормальной зоны на выходе операционного усилителя DA1.2 появится низкий логический уровень, генератор начнет работать, и светодиод будет вспыхивать зеленым цветом.If the voltage of the upper limit of the normal zone is exceeded, the output of the operational amplifier DA1.2 will display a low logic level, the generator will start working, and the LED will flash green.

Настройка нижней и верхней границ нормального напряжения производится при изготовлении батареи регулировкой резисторов R2 и R3.The lower and upper limits of the normal voltage are adjusted in the manufacture of the battery by adjusting the resistors R2 and R3.

Индикация происходит при нажатии и удержании кнопки включения SA1 в течение нескольких секунд - времени достаточного для рассмотрения показаний светодиода. Короткое время работы электронного блока контроля гарантирует отсутствие разряда батареи.The indication occurs when you press and hold the power button SA1 for several seconds - enough time to review the LED readings. The short operating time of the electronic control unit ensures that the battery is not discharged.

Характеристика трех состояний заряженности, их индикации и необходимых действий по обслуживанию батареи представлены в таблице 1.The characteristics of the three states of charge, their indication and the necessary actions for battery maintenance are presented in table 1.

Таблица 1.Table 1. №№ п/п№№ Состояние заряженности батареиBattery Charge Status Индикация на электронном блоке контроляIndication on the electronic control unit Необходимые действия по обслуживанию батареиBattery Maintenance Required 1one Напряжение ниже нижнего пределаVoltage below lower limit Светодиод мигает красным цветом с частотой 1-3 ГцThe LED flashes red at a frequency of 1-3 Hz Подзарядить батарею до состояния 2Recharge the battery to state 2 22 Напряжение в нормеVoltage is normal Светодиод постоянно светит желтым или оранжевым цветомThe LED is solid yellow or orange Допускается разряд батареи.Battery discharge allowed. 33 Напряжение выше допустимого пределаVoltage Above Limit Светодиод мигает зеленым цветом с частотой 1-3 ГцThe LED flashes green at a frequency of 1-3 Hz Прекратить заряд батареиStop Battery

Пример реализации 1.Implementation Example 1.

Изготовлен образец полезной модели конденсатора, поляризуемый электрод которого выполнен из волокнистого сорбента марки БУСОФИТ-Л, выработанного из вискозных технических лент. Параметры образца представлены в таблице 2.A sample of a useful model of a capacitor was made, the polarized electrode of which is made of a fibrous sorbent of the BUSOFIT-L brand, developed from viscose technical tapes. The parameters of the sample are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Параметры конденсатораCapacitor Parameters Полезная модельUtility model Напряжение, ВVoltage 1,31.3 Масса, кгWeight kg 1,11,1 Объем, дм³ Volume, dm ³ 0,5520.552 Емкость, ФCapacity, f 74007400 Удельная емкость, Ф/кгSpecific capacity, f / kg 67206720 Удельная емкость, Ф/дм³ Specific capacity, f / dm ³ 1340013400 Энергия, Вт.чEnergy, Wh 1,671,67 Удельная энергия Вт.ч/кгSpecific energy Wh / kg 1,521,52 Удельная энергия, Вт.ч/дм³ Specific energy, Wh / dm ³ 2,532,53

Пример реализации 2.Implementation Example 2.

Изготовлен образец полезной модели батареи, содержащий 10 образцов последовательно соединенных конденсаторов полезной модели согласно таблице 2. Параметры батареи: напряжение 13 В, масса 11,6 кг, объем 14,27 дм³, емкость 740 Ф, удельная емкость соответственно 64 Ф/кг и 52Ф/дм³, энергия 16,7 Вт.ч, удельная энергия соответственно 1,47 Вт.ч/кг и 1,17 Вт.ч/дм³.A sample of a useful model of a battery was made containing 10 samples of series-connected capacitors of a useful model according to Table 2. Battery parameters: voltage 13 V, weight 11.6 kg, volume 14.27 dm ³ , capacity 740 F, specific capacity 64 F / kg, respectively 52F / dm ³ , energy 16.7 Wh / h, specific energy respectively 1.47 Wh / kg and 1.17 Wh / dm ³ .

Claims

1. Electrochemical capacitor (EHC), comprising a housing, a polarizable porous carbon electrode, a non-polarizable oxide-nickel electrode and a porous separator impregnated with an alkaline electrolyte, characterized in that the housing is equipped with a gas valve, the carbon electrode is made of fabric, while its porosity is 65 ÷ 75%, and its sorption activity on iodine is 80-85%, alkaline KOH electrolyte has a concentration of 28 ÷ 31 wt.% And contains LiOH, while the ratio of LiOH / KOH in the electrolyte is 0.043 ÷ 0.063, the ratio of electrolyte to high e interior of the housing is equal to 0.8 ÷ 0.97.

2. EHC according to claim 1, characterized in that the gas valve is made in the form of a nipple with a tube of alkali-resistant rubber.

3. ECC according to claim 1, characterized in that the carbon fabric electrode is made of a fibrous sorbent brand BUSOFIT-L, produced from viscose technical tapes.

4. EHC according to claim 1, characterized in that the casing is made of a polymer material balen (polypropylene with a propylene copolymer) brand 02035.

5. EHC according to claim 1, characterized in that the separator is made of fibrous polypropylene membrane material grade 7B.

6. EHC according to claim 1, characterized in that the separator is made of paper separator brand BSK-50.

7. Battery ECC, comprising a housing with current leads, a set of ECCs comprising at least two ECCs located in the housing and electrically connected by jumpers with each other and with current leads, an ECC preload device comprising a spring and a plate on the ECC side, characterized in that the ECC is made according to any one of claims 1 to 6.

8. The battery according to claim 7, characterized in that the specific preload force developed by the spring is 1.0 ÷ 3.0 kgf / cm ² .

9. The battery according to claim 7, characterized in that it contains an electronic control unit for generating control signals about three states of battery charge.

10. The battery according to claim 7, characterized in that the jumpers are connected to the ECC by a bolted connection.

11. The battery according to claim 7, characterized in that the jumpers are connected to the ECC by a welded joint.

12. The battery according to claim 7, characterized in that at least one of the jumpers in the battery is made in the form of a weak - fusible link in the serial electric circuit of the ECC.

13. The battery according to claim 7, characterized in that the ECC are located in one or more rows, while the ECC and the rows are electrically connected in series.

14. The battery according to claim 7, characterized in that the ECC are arranged in one or more rows, while the ECC in the row are electrically connected in series, and adjacent rows are electrically connected in parallel.

15. The battery according to claim 7, characterized in that the ECCs are arranged in several rows, adjacent ECCs in different rows are connected in sections in parallel, and the sections are connected in series.

16. The battery according to claim 7, characterized in that the ECCs are arranged in several rows, adjacent ECCs in different rows are connected in sections in series, and the sections are also connected in series.

17. The battery according to claim 7, characterized in that the preload springs and plates are located at opposite ends of the ECC row.

18. The battery according to claim 7, characterized in that the ECC, the preload spring and the plate are placed in a common clamp.

19. The battery according to claim 7, characterized in that the clamp is a battery case.

20. The battery according to claim 7, characterized in that the preload spring is made in the form of a segment of a pipe segment.

21. The battery according to claim 7, characterized in that the preload spring is made flat with the tabs bent towards the plate.

22. The battery according to item 21, wherein the number of paws in a flat compression spring is 10 ÷ 20.