Термостабилизированный модуль, содержащий гальванические элементы

Авторы патента:


 

Гальванические элементы (1) размещены внутри корпуса (2), состоящего из множества одинаковых камер (3), образующих сотовидную конструкцию, причем между гальваническими элементами (1) и внутренними стенками (4) одинаковых камер (3) расположен слой (5) теплопроводной пасты, а указанный корпус (2) закрыт снизу нижней теплопроводящей пластиной (6).

Задача настоящей полезной модели состоит в создании термостабилизированного модуля с гальваническими элементами для использования в стационарных и переносных электрических устройствах, в частности, в автомобилях с электрическим или гибридным приводом.

Модули гальванических элементов, используемые в автомобилях с электрическим приводом, состоят из отдельных объединенных в модули, элементов. Для достижения заданных значений напряжения, величины тока или электрической емкости, отдельные элементы электрически соединены последовательно, параллельно или смешанным способом, а затем из них могут быть составлены модули, занимающие минимально возможное пространство. В автомобилях с электрическим приводом площадь, занимаемая модулями аккумуляторных батарей, должна быть минимальной для создания максимально возможного пространства в пассажирском салоне и багажнике. Во время зарядки или разрядки, модули с гальваническими элементами излучают много тепла, что приводит к необходимости регулирования температуры модулей батарей. Исходя из критерия минимального пространства, элементы в модулях должны быть расположены близко друг к другу, кроме того, для реализации критерия контроля температуры между отдельными элементами должны быть предусмотрены соответствующие каналы для потока тепла, что увеличивает габариты модуля батарей, а, следовательно, два эти критерия реализованы в прототипе посредством взаимно противоречивых решений.

Из описания патента US 6705418 известен модуль батарей, содержащий отдельные гальванические элементы, расположенные в пространстве с образованием сотовидной конструкции. Охлаждение данного модуля может быть осуществлено с помощью жидкости, протекающей, по фасонной трубке, расположенной между окружающими ее отдельными элементами, и соединенной с внешним теплообменником.

Известен способ создания модулей аккумуляторных батарей (см. заявку на патент WO 2007/068223 A1 Держатель аккумуляторной батареи), конструкция которых имеет сотовидную форму. Это известное решение относится к контейнеру, имеющему сотовидную форму, используемому для установки производственных модулей с аккумуляторными батареями, состоящими из круглых элементов, в частности, в автомобилях с электрическим или гибридным приводом. Такой контейнер выполнен из продольных полукруглых сегментов, собранных в модуль, имеющий сотовидную форму. В средней части этих сегментов выполнены каналы и элементы для соединения указанных каналов. При прохождении охлаждающего вещества через эти каналы имеет место охлаждение стенок элементов, а также размещенных внутри гальванических элементов. Эти каналы соединены с внешним жидкостным теплообменником.

Известен способ создания модулей, содержащих аккумуляторные батареи (см. описание патента США US 4314008), согласно которому группа элементов может быть обмотана металлической лентой, а затем помещена в термокорпус. Боковая поверхность группы соприкасается с теплопроводящей металлической пластиной, соединенной с тепловым насосом (элементом Пельтье), обеспечивая отвод избыточного тепла к внешнему радиатору.

Известен модуль аккумуляторных батарей (см. международную заявку PCT/EP2010/056479), конструкция которого аналогична сотовидной конструкции. Аккумуляторы, содержащие по меньшей мере один элемент, расположены в отдельных шестиугольных элементах. Таким образом, может быть получена прочная и цельная модульная конструкция, а, кроме того стабилизирована температура всех элементов. Стенки шестиугольных элементов могут быть сплошными, либо в них могут быть выполнены каналы, по которым возможно протекание охлаждающего вещества, которым может служить вода или воздух.

Задача настоящей полезной модели состоит в создании модуля аккумуляторных батарей, конструкция которого обеспечивает стабилизацию температуры гальванических элементов - без одновременного значительного увеличения пространства, предназначенного для модулей батарей.

Еще одна задача полезной модели состоит в создании легкосборного корпуса для группы гальванических элементов и обеспечении эффективной теплопередачи.

Дополнительная задача полезной модели состоит в изготовлении крепежной конструкции для элемента Пельтье, обеспечивающей удобство ее сборки с корпусом для группы гальванических элементов.

Согласно настоящей полезной модели, в термостабилизированном модуле. с гальваническими элементами, указанные элементы расположены внутри корпуса, содержащего несколько одинаковых камер, образующих сотовидную конструкцию. Такая конструкция отличается тем, что между гальваническими элементами и внутренними стенками одинаковых камер расположен слой теплопроводной пасты, а корпус закрыт снизу нижней теплопроводящей пластиной.

Эта нижняя теплопроводящая пластина корпуса, преимущественно, имеет тепловой контакт с охлаждающим модулем, имеющим встроенный элемент Пельтье, выполненной с возможностью передачи тепловой энергии от группы гальванических элементов или, наоборот, к ней.

В одном предпочтительном примере осуществления полезной модели одинаковые камеры и теплопроводящая пластина конструкции выполнены монолитными.

В другом предпочтительном примере одинаковые камеры и теплопроводящая пластина соединены между собой посредством клепки, склеивания, пайки или сварки.

Также предпочтительно, что слой теплопроводной пасты преимущественно расположен между нижними сторонами одинаковых камер и нижней теплопроводящей пластиной.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели одинаковые камеры выполнены в виде эллиптических, многоугольных или круглых трубок.

В другом предпочтительном примере осуществления полезной модели, слой теплопроводной пасты расположен между внешними стенками одинаковых камер.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели верхние края одинаковых камер соединены посредством склеивания, пайки или сварки.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели верхние края одинаковых камер закрыты верхней крышкой.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели, элемент Пельтье имеет тепловой контакт с жидкостным теплообменником.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели жидкостный теплообменник снабжен жидкостным охладителем, а также коллектором охлаждающей жидкости, имеющем выпускную и впускную трубки.

В предпочтительном примере осуществления полезной модели элемент Пельтье, а также жидкостный теплообменник расположены на установочной раме и прикреплены через крепежную пластину 18, по существу, к центральной части теплопроводящей пластины с помощью винтов.

В другом предпочтительном примере осуществления полезной модели нижняя теплопроводящая пластина имеет тепловой контакт с некоторыми последовательно соединенными охлаждающими модулями, содержащими элемент Пельтье.

Предпочтительно, одинаковые камеры и нижняя теплопроводящая пластина выполнены из меди или алюминия.

Некоторые варианты осуществления полезной модели проиллюстрированы чертежами, где на Фиг. 1 показан вид сбоку модуля с гальваническими элементами, содержащего одинаковые камеры для гальванических элементов, имеющие эллиптическое сечение; на Фиг. 2 показан вид снизу модуля с гальваническими элементами; на Фиг. 3 показан вид сверху модуля с гальваническими элементами; на Фиг. 4 показан модуль с гальваническими элементами, содержащий одинаковые камеры, прикрепленные к нижней теплопроводящей пластине методом клепки; на Фиг. 5 показан модуль с гальваническими элементами, имеющий одинаковые камеры, приклеенные или припаянные к нижней теплопроводящей пластине; на Фиг. 6 показано перспективное изображение модуля с частично открытыми гальваническими элементами; на Фиг. 7 показано перспективное изображение модуля с цилиндрическими элементами; на Фиг. 8 показано перспективное изображение модуля с прямоугольными гальваническими элементами; и на Фиг. 9 показано перспективное изображение нижней теплопроводящей пластины, на котором отдельные детали теплоотводящего модуля изображены вместе со встроенным элементом Пельтье.

На Фиг. 1 показан пример осуществления полезной модели, в котором модуль 2 с гальваническими элементами по настоящей полезной модели содержит одинаковые камеры 3 с гальваническими элементами 1, причем нижняя часть камер соединена с нижней теплопроводящей пластиной 6, на противоположной стороне которой размещены два охлаждающих модуля со встроенным элементом 8 Пельтье, соединенных коллектором 14 охлаждающей жидкости (Фиг. 2). Этот коллектор 14 охлаждающей жидкости соединен с внешним жидкостным теплообменником посредством впускной трубки 16 и выпускной трубки 15. На Фиг. 3 показан модуль, содержащий термостабилизированные гальванические элементы, в котором гальванические элементы 1 овальной формы расположены внутри корпуса 2, состоящего из множества одинаковых камер 3, образующих сотовидную конструкцию.

Как показано на Фиг. 4 внутренние стенки 4 камер покрыты слоем теплопроводной пасты, что улучшает теплопередачу между корпусом гальванического элемента и одинаковыми отсеками 3. Для создания теплового контакта нижние части 7 одинаковых камер 3 соединены с нижней пластиной 6 методом клепки. Клепка создает взаимное прижатие, благодаря которому может быть обеспечена эффективная теплопередача между соединенными элементами. Эффективность теплопередачи между одинаковыми отсеками 3 и нижней пластиной 6 может быть далее улучшена за счет использования теплопроводной пасты 5, расположенной перед выполнением процесса клепки на взаимно соприкасающиеся поверхности элементов.

В другом примере осуществления полезной модели (Фиг. 5), нижние поверхности 7 одинаковых камер 3 соединены с нижней пластиной 6 путем склеивания, пайки или сварки для создания теплового контакта. Пайка или склеивание также обеспечивают взаимное прижатие, а, следовательно, и эффективную теплопередачу между соединенными элементами. Эффективность теплопередачи между одинаковыми отсеками 3 и нижней пластиной 6 может быть далее улучшена за счет использования теплопроводной пасты 5, расположенной на взаимно соприкасающихся поверхностях элементов, приклеенных, припаянных или приваренных друг к другу до их соединения. Кроме того, верхние края 10 одинаковых камер 3 соединены путем склеивания, пайки или сварки.

В другом варианте осуществления полезной модели, не показанном на чертеже, одинаковые камеры 3 и нижняя теплопроводящая пластина 6 выполнены монолитными.

В еще одном варианте осуществления полезной модели, не показанном на чертеже, верхние края 10 одинаковых камер 3 закрыты верхней крышкой.

На Фиг. 6 показано перспективное изображение прорези в боковой стенке одинаковых камер 3, а также проиллюстрирован способ соединения электродов гальванических элементов 1.

На Фиг. 7 показано перспективное изображение модуля, содержащего цилиндрические гальванические элементы, согласно полезной модели. На чертеже показаны 53 гальванических элемента 1, установленных внутри корпуса, состоящего из множества одинаковых камер 3, образующих сотовидную конструкцию.

На Фиг. 8 показано перспективное изображение модуля с прямоугольными гальваническими элементами, согласно полезной модели. На этой фигуре показаны 40 гальванических элементов 1, расположенных внутри корпуса, состоящего из множества одинаковых камер 3, образующих сотовидную конструкцию.

Охлаждающий модуль со встроенным элементом 8 Пельтье прижат одной из своих плоских поверхностей к нижней теплопроводящей пластине 6, а другой плоской поверхностью к жидкостному теплообменнику 12, содержащему жидкостный охладитель 13 и коллектор 14 с впускной трубкой 15 и выпускной трубкой 15 для охлаждающей жидкости. Жидкостный теплообменник 12 расположен на установочной раме 17 и прикреплен через крепежную пластину 18 к элементу 23 Пельтье посредством резьбовых шпилек 19, ввинченных в нижнюю теплопроводящую пластину 6.

На Фиг. 9 более подробно показан жидкостный теплообменник 12 в разобранном виде. Резьбовые шпильки 19 ввинчены в нижнюю теплопроводящую пластину 6, на которой размещена установочная рама 17 с квадратным отверстием, выполненным в ней с возможностью размещения элемента 23 Пельтье, соприкасающегося с жидкостным охладителем 13, плотное соединение которого с коллектором 14 может быть обеспечено кольцевой прокладкой 22. Для улучшения теплопередачи, на соприкасающиеся поверхности нижней пластины 6 и элемента 23 Пельтье, а также элемента 23 Пельтье и жидкостного теплообменника 12, нанесен слой теплопроводной пасты.

Система управления выполнена с возможностью изменения полярности напряжения на элементе 23 Пельтье в зависимости от необходимости охлаждения или нагрева модуля гальванических элементов 1. В модуле, содержащем гальванические элементы 1 согласно полезной модели, установки заданы таким образом, что операция охлаждения может быть начата при значении температуры, равном 25°C, а операция нагрева при значении температуры, равном 0°C.

В зависимости от значения температуры, измеренного датчиками 24 температуры, расположенными вблизи гальванических элементов 1, параметры элемента 23 Пельтье, в частности поляризация напряжения и сила ток, могут быть динамически заданы в диапазоне от -12 В до +12 В для напряжения, и в диапазоне от - 6 А до +6 А для ситы тока. Поэтому, в зависимости от значения напряжения, подаваемого на элемент 23 Пельтье, в модуле согласно полезной модели нижняя пластина 6 и присоединенные к ней одинаковые камеры 3, а также расположенные в этих камерах гальванические элементы, могут быть охлаждены или нагреты.

Перечень номеров позиций

1 - Гальванический элемент;

2 - Модуль гальванических элементов;

3 - Одинаковые камеры;

4 - Внутренние стенки камер;

5 - Слой теплопроводной пасты;

6 - Нижняя теплопроводящая пластина;

7 - Нижние стороны одинаковых камер;

8 - Теплоотводящий модуль со встроенным элементом Пельтье;

9 - Внешняя стенка одинаковых камер;

10 - Верхний край одинаковых камер;

11 - Верхняя крышка;

12 - Жидкостный теплообменник;

13 - Жидкостный охладитель теплообменника;

14 - Коллектор охлаждающей жидкости;

15 - Выпускная трубка коллектора охлаждающей жидкости;

16 - Впускная трубка коллектора охлаждающей жидкости;

17 - Установочная рама;

18 - Крепежная пластина;

19 - Винты;

20 - Заклепки;

21 - Клей, припой;

22 - Кольцевая прокладка;

23 - Элемент Пельтье;

24 - Датчик температуры.

1.Термостабилизированный модуль, содержащий гальванические элементы, в котором гальванические элементы (1) расположены внутри корпуса (2), состоящего из множества одинаковых камер (3), образующих сотовидную конструкцию, отличающийся тем, что между гальваническими элементами (1) и внутренними стенками (4) одинаковых камер (3) расположен слой (5) теплопроводной пасты, а указанный корпус (2) закрыт снизу нижней теплопроводящей пластиной (6), причем указанная нижняя теплопроводящая пластина (6) корпуса (2) имеет тепловой контакт с теплоотводящим модулем, имеющим встроенный элемент (8) Пельтье, выполненный с возможностью передачи тепловой энергии от группы гальванических элементов или к ней.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что одинаковые камеры (3) и нижняя теплопроводящая пластина (6) выполнены монолитными.

3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что одинаковые камеры (3) и нижняя теплопроводящая пластина (6) соединены между собой посредством клепки, склеивания, пайки или сварки.

4. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что слой (5) теплопроводной пасты расположен между нижними поверхностями (7) одинаковых камер (3) и нижней теплопроводящей пластиной (6).

5. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что одинаковые камеры (3) выполнены в виде эллиптических, многоугольных или круглых трубок.

6. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что слой (5) теплопроводной пасты расположен между внешними стенками (9) одинаковых камер (3).

7. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что верхние края (10) одинаковых камер (3) соединены между собой путем склеивания, пайки или сварки.

8. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что верхние края (10) одинаковых камер закрыты верхней крышкой (11).

9. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что элемент Пельтье имеет тепловой контакт с жидкостным теплообменником (12).

10. Модуль по п. 9, отличающийся тем, что жидкостный теплообменник (12) снабжен жидкостным охладителем (13), а также коллектором (14) охлаждающей жидкости, имеющим выпускную трубку (15) и впускную трубку (16).

11. Модуль по п. 9, отличающийся тем, что элемент (8) Пельтье, а также жидкостный теплообменник (12) расположены на установочной раме (17) и прикреплены через крепежную пластину (18), по существу, к центральной части нижней теплопроводящей пластины (6) с помощью винтов (19).

12. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что нижняя теплопроводящая пластина (6) имеет тепловой контакт с несколькими охлаждающими блоками, соединенными последовательно с элементом (8) Пельтье.

13. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что одинаковые камеры (3) и нижняя теплопроводящая пластина (6) выполнены из меди или алюминия.



 

Похожие патенты:
Наверх