Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании транспортного средства с электрической тягой: электромобилей, электрокар, экобусов, электробусов, троллейбусов с автономным ходом и др. Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей, соединенных последовательно и размещенных в общем корпусе, съем тепла производится непосредственно со стенок накопителей путем омывания их специально подобранным морозостойким теплоносителем с нейтральной реакцией на материал корпуса накопителей. Для этого разработана соответствующая конструкция батарейного модуля на основе вставляемого в корпус батарейного модуля каркаса, обеспечивающего направленное омывание граней каждого накопителя с равномерным распределением тепловых потоков и надежной герметизацией каналов теплоносителя с помощью силиконовой прокладки с развитой системой микровыступов. Технический результат заявленной полезной модели заключается в значительном повышении эффективности теплопередачи между жидким теплоносителем и ребристыми корпусами накопителей батареи.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании транспортного средства с электрической тягой: электромобилей, электрокар, экобусов, электробусов, троллейбусов с автономным ходом и др.

Известна система энергопитания транспортного средства - электромобиля, в которой задача термостатирования аккумуляторных батарей в сложных погодных условиях решается с помощью замкнутого жидкостного контура циркуляции теплоносителя и теплообменника батареи, выполненного в виде отдельных секций, размещенных между накопителями батареи [см. патент РФ на изобретение 2144869 от 26.10.1998 г., опубл. 27.01.2000 г.].

Секционное выполнение теплообменника аккумуляторной батареи в известной системе позволяет улучшить условия теплоотвода и выровнить поле температур в батарее. Однако недостатком данного решения является резкое увеличение числа теплообменников и коммутационных элементов по теплоносителю, при котором практически невозможно добиться удовлетворительной герметичности и надежности системы термостабилизации.

Близким к указанному техническому решению является устройство модуля буферного накопителя энергии по заявке РФ на изобретение 2008145979/09 от 21.11.2008 г., опубл. 27.05.2010 г., в котором подлежащие термостабилизации с помощью жидкостной системы аккумуляторы установлены в одном корпусе с радиаторными секциями, при этом между каждой плоскостью каждого аккумулятора и плоскостью прилегающих радиаторных секций размещен эластичный теплопроводный диэлектрический материал.

Недостатки известного решения совпадают с недостатками предыдущего изобретения.

Известно устройство термостатирования аккумуляторных батарей с использованием жидкого теплоносителя (тосола), циркулирующего по теплообменным каналам в аккумуляторных батареях, нагрев которого осуществляется предпусковым подогревателем, а охлаждение происходит с помощью охладителя на основе компрессора, конденсатора, обдуваемого вентилятором, и хладагента (фреона) [см. патент РФ на изобретение 2483399 от 23.12.2011 г., опубл. 27.05.2013 г.].

Недостатком известного устройства является его сложность и чрезмерная громоздкость, к тому же не раскрывается, как устроены теплообменные каналы в аккумуляторных батареях.

Известна система энергопитания транспортного средства с системой принудительного охлаждения в виде замкнутого жидкостного контура циркуляции с охлаждаемым контейнером, внутри которого установлена аккумуляторная батарея [см. патент РФ на полезную модель 39542 от 2.04.2004 г., опубл. 10.08.2004 г.].

Недостатком известной системы является низкая эффективность термостабилизации батареи.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данной полезной модели является модульная сборка аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью охлаждения [см. заявку РФ на изобретение 2011112810/07 от 23.09.2009 г., опубл. 27.11.2012 г.]. Указанная модульная сборка содержит множество соединенных последовательно и расположенных рядом накопителей аккумуляторной батареи, смонтированных в корпусе модуля, в котором охлаждающие трубки для хладагента установлены на наружной стороне каждого из накопителей пластинчатой формы.

Недостатком известной модульной сборки является то, что реализованная в ней жидкостная система охлаждения может быть выполнена только на плоских призматических батареях, имеющих форму пакета, и охватывает около 50% площади боковых поверхностей накопителей, что создает тепловые деформации внутри батареи. Кроме того, задача теплообмена решается лишь частично, поскольку съем тепла производится через контакт поверхности накопителя с поверхностью теплообменных трубок.

Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создания такого устройства батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией, в котором обеспечивается более эффективный теплообмен между теплоносителем и накопителями батареи с ребристой поверхностью корпусов.

Поставленная задача решается тем, что предложено устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей, соединенных последовательно друг с другом и размещенных в общем корпусе.

Новым в предложенном устройстве является то, что съем тепла в батарейном модуле производится непосредственно со стенок накопителей путем омывания их теплоносителем, протекающим по теплообменным каналам батарейного модуля, образуемым корпусами накопителей и установленными в корпус модуля патрубками, перегородками и прокладками.

Целесообразно, чтобы жидкий теплоноситель был выбран морозоустойчивым с нейтральной реакцией на материал корпуса накопителя батареи. Например, в качестве теплоносителя выбирается жидкость на основе этиленгликоля при корпусах накопителей батареи из полипропилена.

Целесообразно, чтобы корпус батарейного модуля был выполнен из легкого сплава с высоким коэффициентом теплопередачи и малым удельным весом, например, из алюминиевого сплава.

Целесообразно, чтобы корпус батарейного модуля содержал приваренные вдоль длинных сторон кронштейны для крепления батарейного модуля к транспортному средству, а также патрубки с коллекторами подачи и слива теплоносителя, расположенные снизу вдоль продольных стенок корпуса и снабженные отверстиями для протекания теплоносителя.

Целесообразно, чтобы в корпус батарейного модуля вставлялся каркас с двумя крайними и одной центральной продольными перегородками из легкого металла, к которым винтами крепится стеклотекстолитовая пластина для установки накопителей, которая снабжена отверстиями для протекания теплоносителя и имеет объединенные по парам стягивающие стержни с гайками. Это обеспечивает направленное омывание граней каждого из накопителей с равномерным распределением тепловых потоков.

Целесообразно, чтобы каркас с установленными в него батарейными модулями закрывался сверху силиконовой герметизирующей прокладкой с развитой системой микровыступов и стеклотекстолитовой панелью, имеющими отверстия под борны и выпускные клапаны накопителей, а также под стягивающие стержни каркаса батарейного модуля. Это обеспечит равномерное распределение усилия зажима по плоскостям, впадинам и выступам корпуса накопителей с уплотнением полостей между накопителями, а также между накопителями и стенками корпуса модуля.

Целесообразно, чтобы корпус батарейного модуля был оборудован съемной крышкой с клеммами «+» и «-» модуля и соединителями для подключения кабелей связи с другими модулями батареи, к которой крепится винтами установленный под крышкой блок управления модулем.

Целесообразно, чтобы на положительные борны накопителей, установленных в корпусе батарейного модуля, крепились платы блоков управления накопителями, соединенные с соответствующими отрицательными борнами и друг с другом соединительными проводами.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в значительном повышении эффективности теплопередачи между теплоносителем и накопителями батареи, поскольку ребристая поверхность корпусов накопителей не приводит к снижению коэффициента теплопередачи.

На фиг. 1 представлен общий вид литийно-ионных накопителей энергии, входящих в состав батарейного модуля.

На фиг. 2 представлен общий вид батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей.

На фиг. 3 представлен корпус батарейного модуля с патрубками и коллекторами для теплоносителя.

На фиг. 4 изображен вставляемый в корпус каркас батарейного модуля.

На фиг. 5 представлена силиконовая прокладка с прижимной стеклотекстолитовой панелью.

На фиг. 6 представлен батарейный модуль в разрезе.

Вся батарея транспортного средства разделена на батарейные модули, например, из 10 представленных на фиг. 1 накопителей 1 энергии, например, типа LYP 3000ANA фирмы Winston Battery с ребристой поверхностью корпуса. Батарейный модуль содержит корпус 2 (см. фиг. 2) с приваренными вдоль длинных сторон кронштейнами 3 для крепления батарейного модуля к транспортному средству и патрубками 4 с коллекторами 5 подачи и слива теплоносителя, расположенными снизу вдоль продольных стенок 6 корпуса 2 батарейного модуля (см. фиг. 3). Патрубки 4 имеют отверстия 7 для протекания теплоносителя, в качестве которого выбирают морозоустойчивую жидкость с нейтральной реакцией на материал корпуса накопителя 1 батареи. Корпус 2 батарейного модуля имеет крышку 8 с клеммами 9 «+» и «-» батарейного модуля и соединителями 10 для подключения кабеля связи с другими модулями батареи. Крышка 8 крепится к корпусу 2 винтами 11. В корпус 2 батарейного модуля вставляется каркас 12 (см. фиг. 4) с крайними 13 и центральной 14 продольными перегородками из легкого металла, к которым крепится стеклотекстолитовая пластина 15 винтами 16 для установки накопителей 1. Пластина 15 снабжена отверстиями 17для протекания теплоносителя и имеет пары связанных друг с другом стягивающих стержней 18 с гайками 19. Перегородки 13 и 14 обеспечивают направленное омывание граней каждого из накопителей 1 с равномерным распределением тепловых потоков. Установленные в каркас 12 накопители 1 сверху закрываются силиконовой прокладкой 20 (см. фиг. 5) с развитой системой микровыступов, обеспечивающей равномерное распределение усилий зажима по плоскости, впадинам и выступам корпуса накопителей 1 с уплотнением полостей между накопителями 1 и стенками корпуса 2 батарейного модуля, а также стеклотекстолитовой панелью 21 (см. фиг. 6) с отверстиями 22 под борны 23 и выпускные клапаны 24 накопителей 1 и отверстиями 25 под винты 19 стягивающих стержней 18. На положительные борны 23 накопителей 1 крепятся блоки управления 26 накопителями 1, а к крышке 8 корпуса 2 крепится установленный под крышкой блок управления модулем 27 с помощью винтов 28 (см. фиг. 2).

Батарейный модуль работает следующим образом.

Тепловой режим накопителей 1 в батарейном модуле определяется установленными на них блоками управления 26 накопителей 1, которые измеряют температуру положительных борнов 23 накопителей 1 с помощью встроенных в них температурных датчиков (на чертеже не показаны) и передают измеренные значения в установленный под крышкой 8 корпуса 2 блок управления модулем 27 по проложенному под крышкой 8 кабелю связи (на чертеже не показан). Блок управления модулем 27 производит обработку полученных от блоков управления накопителями 26 данных и через соединители 10 выдает команды на включение вентиляторов воздушного охлаждения радиатора, через который под действием циркуляционного насоса пропускается теплоноситель в случае повышенной температуры накопителей 1, либо на включение электрических нагревателей, установленных на трубопроводах с теплоносителем и дополнительно на боковых стенках корпусов 2 батарейных модулей, в случае пониженной температуры накопителей 1 (элементы системы термостабилизации транспортного средства: радиатор, вентилятор, электрические нагреватели, циркуляционный насос и трубопроводы подачи теплоносителя с клапанами на чертежах не показаны). Теплоноситель из системы термостабилизации транспортного средства поступает снизу вверх через соответствующий коллектор 5 батарейного модуля в патрубок 4 и далее через отверстия 7 в нем в каналы, образованные стенками накопителей 1, перегородками 13, 14 и герметизирующей прокладкой 20. Затем теплоноситель под действием циркуляционного насоса переливает сверху вниз на сторону приемного патрубка 4 и через отверстия 7 выходит из батарейного модуля через коллектор слива 5, омывая таким образом все стенки накопителей и обеспечивая эффективную теплопередачу между теплоносителем и накопителями батареи, несмотря на их ребристую поверхность корпуса.

1. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей, соединенных последовательно друг с другом и размещенных в общем корпусе, отличающееся тем, что съем тепла в батарейном модуле производится непосредственно со стенок накопителей путем омывания их ребристых поверхностей теплоносителем, протекающим по теплообменным каналам, образованным корпусами накопителей и установленными в корпус батарейного модуля патрубками, перегородками и прокладками.

2. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.1, отличающееся тем, что жидкий теплоноситель выбран морозоустойчивым с нейтральной реакцией на материал корпуса накопителей батареи.

3. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.1, отличающееся тем, что корпус батарейного модуля выполнен из легкого сплава с высоким коэффициентом теплопередачи и малым удельным весом.

4. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.1, отличающееся тем, что корпус батарейного модуля содержит приваренные вдоль длинных сторон кронштейны для крепления батарейного модуля к транспортному средству, а также патрубки с коллекторами подачи и слива теплоносителя, расположенные снизу вдоль продольных стенок корпуса батарейного модуля, снабженные отверстиями для протекания теплоносителя.

5. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.4, отличающееся тем, что в корпус батарейного модуля вставлен каркас с двумя крайними и одной центральной продольными перегородками из легкого металла, к которым винтами крепится стеклотекстолитовая пластина для установки накопителей, которая снабжена отверстиями для протекания теплоносителя и имеет объединенные по парам стягивающие стержни с гайками.

6. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.5, отличающееся тем, что каркас с установленными в него накопителями закрывается сверху силиконовой прокладкой с развитой системой микровыступов и стеклотекстолитовой панелью с отверстиями под борны и выпускные клапаны накопителей, а также стягивающие стержни каркаса.

7. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.1, отличающееся тем, что на положительные борны накопителей крепятся платы блоков управления накопителями, соединенные с соответствующими отрицательными борнами и друг с другом соединительными проводами.

8. Устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей по п.1, отличающееся тем, что корпус батарейного модуля оборудован съемной крышкой с клеммами "+" и "-" модуля и соединителями для подключения кабелей связи с другими модулями батареи, к которой винтами крепится установленный под крышкой блок управления.