МОДУЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2013 года по МПК H01M10/50 

Данное изобретение относится к широкой технической области аккумуляторов для хранения электроэнергии.

В частности, изобретение относится к области модулей, содержащих, по меньшей мере, два аккумулятора для хранения электроэнергии.

По данному изобретению под "электрическим аккумулятором" подразумевают или конденсатор (т.е. пассивное устройство, содержащее два электрода и изолятор), или суперконденсатор (т.е. устройство, содержащее два электрода, электролит и сепаратор), или батарею типа литиевой батареи (т.е. устройство, содержащее анод, катод и раствор электролита между анодом и катодом).

Уровень техники

Известны модули, например, показанные на фиг.1, содержащие корпус 10, в котором установлены несколько электрических аккумуляторов 20, связанных соединительным средством 30.

Обычно эти модули содержат электронную панель 40 управления, чтобы управлять зарядкой и разрядкой электрических аккумуляторов 20.

Как схематично представлено на фиг.1, в одном варианте осуществления известного модуля аккумуляторы 20 цилиндрической формы и соединены по два друг с другом поочередно верхними 21 и нижними 22 дисками.

Электронная панель 40 управления установлена в центральной части 11 корпуса 10.

Как показано на виде сверху на фиг.2, в другом варианте осуществления модуль содержит множество электронных панелей 40 управления, соединенных соединительным средством 30 в нижнем участке корпуса 10.

В обоих описанных вариантах осуществления соединительные средства 30, аккумуляторы 20 и электронная панель(и) 40 управления выделяют тепло.

Устройства, способствующие рассеиванию тепла, выделяемого в указанных модулях, уже предлагались.

В заявке США 2003/013009 описан модуль, содержащий электронную панель и комплект батарей, соединенных электрически последовательно или параллельно. Батареи комплекта находятся в тепловом контакте со стенками корпуса модуля через пластины теплообменника. Электронная панель не находится в контакте ни с одной из стенок корпуса.

В документе США 2006/0164812 описана система теплорассеивания. Эта система может быть применена в модуле, содержащем корпус, аккумуляторы внутри корпуса и электронные панели снаружи корпуса, причем аккумуляторы и электронные панели находятся в контакте с одними и теми же стенками корпуса.

В документе США 2006/141348 описан модуль, содержащий батареи и электронные цепи, выполненные внутри корпуса. Этот модуль выполнен с возможностью гарантированного рассеивания тепла, вырабатываемого внутри корпуса, с помощью установленных на его задней стенке тепловых пластин.

В документе США 2002/043959 описан модуль, содержащий корпус с установленными в нем теплообменными пластинами, предназначенный для приема группы батарей, и электронную панель, обеспечивающую зарядку и разрядку группы батарей. Теплообменные пластины позволяют отводить к верхней и нижней стенкам корпуса выделяемое батареями и электронной панелью тепло.

Однако представленные выше решения не позволяют в достаточной мере управлять теплом.

Тепло, выделяемое аккумуляторами, недостаточно отводится наружу.

Кроме того, важным фактором старения аккумуляторов является температура.

Общей целью изобретения является предложение модуля, с которым возможно преодолеть недостаток существующих модулей.

Раскрытие изобретения

Эту задачу решает модуль, содержащий корпус, в котором установлены и связаны соединительным средством, по меньшей мере, два электрических аккумулятора, и, по меньшей мере, одну электронную панель управления энергией и диагностики для управления зарядкой и разрядкой электрических аккумуляторов, при этом разные стенки корпуса, которые являются электроизолированными, находятся в следующем тепловом контакте:

- по меньшей мере одна стенка - с рассеивающими тепло элементами, соединенными с электрическими аккумуляторами,

- по меньшей мере одна другая стенка - с электронной панелью управления, с тем чтобы активизировать охлаждение указанного модуля.

Следовательно, связывая аккумуляторы (через рассеивающие тепло элементы) с первой стенкой корпуса и электронную панель со второй стенкой (отличной от первой стенки), можно усилить отвод наружу тепла, выделяемого в модуле, электронной панелью(ями) управления, соединительными средствами и аккумуляторами.

Ни один из документов США 2003/013009, США 2006/0164812, США 2006/141348 и США 2002/043959 не описывает модуль, в котором электронная панель и аккумуляторы, причем электроизолированные, находятся в тепловом контакте с разными стенками корпуса модуля так, что выделяемое этими элементами тепло, рассеивается разными стенками корпуса. Эта особенность изобретения позволяет отводить тепло, выделяемое внутри корпуса, более эффективно, чем в известных модулях.

Предпочтительными, но не ограничивающими признаками модуля согласно изобретению являются следующие:

- корпус содержит ребра по меньшей мере на одной наружной стороне корпуса:

термин "ребра" относится к любому устройству, позволяющему увеличить поверхность элемента для конвективного теплообмена. Считается, что элементы жесткости стенок, а также ребра радиатора могут формировать ребра в понимании настоящего изобретения;

это позволяет увеличить контактную поверхность между корпусом и внешней средой, чтобы усилить теплообмен с внешней средой и тем самым улучшить охлаждение внутренней части модуля;

- ребра выполнены на наружной стороне по меньшей мере одной стенки корпуса, в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами:

это позволяет улучшить охлаждение аккумуляторов;

- ребра выполнены на наружной стороне по меньшей мере одной другой стенки корпуса, в тепловом контакте с электронной панелью управления:

это позволяет улучшить охлаждение электронной панели;

- корпус может быть из алюминия или композитного материала на основе углерода:

это обеспечивает улучшенную теплопроводность между внутренностью и внешней средой корпуса по сравнению с корпусами из пластика или стали, имеющими эквивалентные механические характеристики;

- стенкой, контактирующей с теплорассеивающими элементами, является нижняя и/или верхняя стенка корпуса, а другой стенкой, контактирующей с электронной панелью управления, является боковая стенка корпуса:

это позволяет, например, при аккумуляторах цилиндрической формы или в форме параллелепипеда, установленных параллельно друг другу и параллельно боковым стенкам корпуса, улучшить охлаждение аккумуляторов, причем осевое охлаждение аккумуляторов эффективнее радиального охлаждения;

- стенка в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами может содержать или быть связанной с основанием, в котором установлено устройство охлаждения:

это позволяет улучшить охлаждение аккумуляторов;

- охлаждающее устройство может содержать циркуляционную схему для охлаждающей жидкости:

это позволяет повысить теплообмен между внутренностью и внешней средой модуля;

- электронная панель управления содержит слой эпоксидной смолы, на которую наклеена печатная схема из меди, причем слой эпоксидной смолы находится в контакте с внутренней стороной другой стенки корпуса:

слой эпоксидной смолы допускает тепловой контакт при обеспечении электроизоляции медной печатной схемы относительно корпуса;

- электронная панель управления содержит пластину из алюминия на слое эпоксидной смолы, причем алюминиевая пластина находится в контакте с внутренней стороной другой стенки корпуса:

алюминиевая пластина усиливает отвод выделяемого медной печатной схемой тепла к стенке корпуса;

- две стенки, электроизолированные, находятся в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами:

это позволяет увеличить поверхность теплообмена между корпусом и аккумуляторами и, следовательно, улучшить охлаждение аккумуляторов;

- две стенки в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами, являются верхней и нижней стенками корпуса;

- модуль содержит, по меньшей мере, одну электронную панель управления, причем указанная электронная панель управления находится в контакте, по меньшей мере, с одной боковой стенкой корпуса;

- модуль содержит столько электронных панелей управления, сколько корпус имеет боковых стенок, причем каждая из указанных панелей находится в контакте с соответствующей боковой стенкой корпуса:

это позволяет улучшить охлаждение электронных панелей, оптимизировать объем модуля и способствует выравниванию температуры внутри модуля, тогда электронные панели, действующие как тепловой демпфер, устраняют падение разности температур между элементами в центре модуля и элементами, расположенными на периферии, по сравнению с известными модулями, в которых панели, установленные в центре, выше или ниже модуля, усиливают разность температур между центральными и периферийными элементами; такое расположение оказывает серьезное влияние на общий срок службы модуля, сам по себе срок службы сильно зависит от температурного дисбаланса, которому могут быть подвержены разные элементы модуля; предпочтительно электронные панели могут быть в контакте с внутренней или с наружной стороной боковой стенки корпуса;

- соединительное средство между двумя соседними аккумуляторами содержит две крышки, электрически соединенные контактной полоской, причем каждая крышка имеет вывод, предназначенный для контакта со стенкой сквозного отверстия в контактной полоске; соединительное средство между двумя соседними аккумуляторами содержит две крышки, электрически соединенные контактной полоской, каждая крышка может быть соединена с контактной полоской неглубокой сваркой, пайкой или диффузионной пайкой;

- проходящее через контактную полоску отверстие имеет значительную шероховатость поверхности стенки для улучшения электрического контакта с выводом;

- контактная поверхность между контактной полоской и крышкой предпочтительно равна или более четверти поверхности крышки и предпочтительнее равна или более половины поверхности крышки;

- контактные полоски могут быть также выполнены из меди;

это позволяет уменьшить омическое сопротивление соединительного средства и тем самым минимизировать потери, связанные с эффектом Джоуля, и, следовательно, тепло, выделяемое соединительным средством;

- контактные полоски выполнены из алюминия:

это позволяет улучшить теплопроводность между аккумуляторами и корпусом и снизить вес соединительных элементов;

- контактные полоски из меди (или алюминия) могут быть покрыты оловом для защиты поверхности;

- два соседних аккумулятора электрически соединены продольным элементом, концы которого образуют соответствующие верхнюю и нижнюю крышки каждого из соседних аккумуляторов с тем, чтобы электрически соединить указанные соседние аккумуляторы;

это позволяет максимизировать контактную поверхность между аккумуляторными элементами и стенками корпуса для усиления переноса тепла к корпусу, хотя использование соединительного средства, выполненного из единого элемента, позволяет снизить его внутреннее сопротивление (и, следовательно, выделение тепла за счет эффекта Джоуля);

- каждый конец продольного элемента предпочтительно имеет утонченные участки;

- соединительное средство между соседними аккумуляторами может содержать две крышки, электрически соединенные контактной полоской с помощью неглубокой лазерной сварки; в таком случае сварка контактной полоски может быть выполнена предпочтительно по утонченным участкам;

- соединительное средство между двумя соседними аккумуляторами может содержать две крышки, электрически соединенные припаянной к ним контактной полоской;

- соединительное средство между двумя соседними аккумуляторами содержит две крышки, электрически соединенные контактной полоской, припаянной к ним диффузионной пайкой;

- контактная поверхность между контактной полоской и крышкой предпочтительно равна или больше четверти поверхности крышки и предпочтительнее равна или больше половины поверхности крышки;

- два соседних аккумулятора могут быть электрически соединены продольным элементом, концы которого образуют соответствующие верхнюю и нижнюю крышки каждого из соседних аккумуляторов так, чтобы электрически соединить указанные соседние аккумуляторы; в таком случае каждый конец продольного элемента имеет предпочтительные радиальные утонченные участки;

- предпочтительные утонченные участки могут быть перпендикулярными два на два и находиться под углом 45° к продольной оси В-В элемента;

- предпочтительные утонченные участки могут располагаться перпендикулярно два на два, причем, по меньшей мере, один участок на каждом конце проходит вдоль продольной оси В-В элемента;

- соединительные средства могут содержать теплорассеивающие элементы;

- теплорассеивающие элементы могут содержать слой эластомера;

причем слой эластомера обеспечивает электрическую изоляцию аккумуляторов и их тепловое соединение с корпусом.

Краткое описание чертежей

Другие характерные особенности, цели и преимущества данного изобретения появятся из следующего описания, являющегося исключительно иллюстративным и не ограничивающим и которое должно быть прочитано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления известного модуля,

- фиг.2 иллюстрирует другой вариант осуществления известного модуля,

- фиг.3а-3d иллюстрируют один вариант осуществления модуля в соответствии с изобретением,

- фиг.4 иллюстрирует другой вариант осуществления модуля,

- фиг.5 является иллюстрацией ребер в одном варианте осуществления модуля,

- фиг.6-9 иллюстрируют примеры соединительного средства, соединяющего аккумуляторные элементы вместе внутри модуля,

- фиг.10 и 11 иллюстрируют примеры электронных панелей управления модуля.

Описание изобретения

Со ссылкой на фиг.3-10 будут описаны разные варианты осуществления модуля в соответствии с изобретением. На этих разных фигурах одинаковые элементы модуля имеют одинаковые ссылочные позиции.

На фиг.3а иллюстрируется вариант осуществления модуля, предназначенного для соединения через клеммы 50 напряжения с дополнительным устройством (не показано).

Модуль представляет собой корпус 10, в котором установлены электрические аккумуляторы 20, соединенные соединительными средствами 30.

Модуль также содержит электронную панель 40 управления для управления энергией и диагностики аккумуляторов 20.

Аккумуляторы 20 имеют универсальную цилиндрическую форму. Аккумуляторы 20 установлены бок о бок в корпусе 10. Другими словами, оси вращения аккумуляторов 20 параллельны. В других вариантах, не показанных здесь, аккумуляторы могут быть в форме параллелепипеда, квадратной, овальной, гексагональной формы, причем без изменения основных принципов изобретения.

В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.3а-3d, аккумуляторы 20 установлены так, что их оси вращения перпендикулярны верхней 12 и нижней 13 стенкам корпуса 10.

Предпочтительно разные стенки 12, 13, 14 корпуса 10 являются электроизолированными и находятся в тепловом контакте соответственно:

- по меньшей мере, одна стенка с теплорассеивающими элементами соединена с электрическими аккумуляторами,

- по меньшей мере, одна другая стенка соединена с электронной панелью управления.

Это усиливает охлаждение модуля.

Тепловое соединение аккумуляторов 20 с первой стенкой 12, 13 и тепловое соединение электронной панели 40 управления со второй стенкой 14, отличной от первой стенки 12, 13, допускают максимальное рассеивание тепла, выделяемого панелью 40 и аккумуляторами 20, во внешнюю среду модуля.

Рассеивающие тепло элементы могут содержать соединительные средства 30.

Рассеивающие элементы 38 могут также содержать слой эластомера, установленный между соединительным средством 30 и стенкой корпуса, в тепловом контакте с аккумуляторами 20.

Слой эластомера одновременно обеспечивает несколько функций.

Он обеспечивает:

- электроизоляцию аккумуляторов 20 корпуса 10 при значениях напряжения пробоя более 1 кВ,

- компенсацию геометрических искривлений аккумуляторов 20, возникающих из-за допусков при изготовлении за счет его способности сжиматься,

- улучшение теплообмена между аккумуляторами 20 и внешней средой модуля.

В одном предпочтительном варианте осуществления в контакте с рассеивающими тепло элементами находится нижняя стенка 13 корпуса 10, а в контакте с электронной панелью 40 управления находится боковая стенка 14 корпуса 10.

В аккумуляторах 20 тепло предпочтительно переносится вдоль оси вращения (продольной оси), так что осевое охлаждение аккумуляторов 20 эффективнее радиального охлаждения.

В зависимости от варианта осуществления аккумуляторы 20 соединены в смысле теплопереноса с верхней стенкой 12 или с нижней стенкой 13 или соединены с верхней и нижней стенками 12, 13 корпуса 10.

В варианте осуществления, показанном на фиг.4, аккумуляторы 20 в тепловом отношении соединены с верхней и нижней стенками 12, 13.

Тепловой контакт аккумуляторов с двумя стенками позволяет улучшить их охлаждение за счет увеличения поверхности теплообмена между аккумуляторами 20 и внешней средой модуля.

Корпус

Корпус 10 позволяет проводить манипуляции с модулем, усиливает электроизоляцию и защищает внутренность модуля и электронные схемы от потенциального внешнего воздействия.

Корпус может быть в форме параллелепипеда, с возможностью установки в месте, занятом в настоящее время батареей автомобильного транспортного средства, или может быть цилиндрическим, с возможностью размещения, например, в пространстве, освободившемся от запасного колеса, или призматическим, причем во всех случаях определяются верхняя, нижняя и боковая стороны.

В одном варианте осуществления верхняя 12, нижняя 13 и боковые 14 стенки корпуса 10 выполнены из анодированного алюминия, во-первых, чтобы усиливать охлаждение модуля за счет улучшенного излучательного отвода тепла и, во-вторых, повысить коррозионную стойкость модуля.

Следовательно, применение стенок 12, 13, 14 из алюминия или композитного материала на основе углерода обеспечивает улучшение теплопроводности корпуса изнутри наружу по сравнению со стенками из пластикового материала или стали с идентичными механическими характеристиками. Это повышает эффективность охлаждения аккумуляторов 20 и электронной панели 40.

В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус 10 имеет ребра 15, как показано на фиг.4 и 5.

Такие ребра обеспечивают увеличенную поверхность контакта между корпусом 10 и внешней средой, чтобы усиливать теплообмен с окружающей средой. Это улучшает охлаждение модуля.

Ребра 15 могут быть выполнены, по меньшей мере, на одной внешней поверхности стенки 12, 13, 14 корпуса 10. Элементы 15' жесткости, выполненные на боковых стенках, также образуют ребра в понимании данного изобретения, поскольку они позволяют увеличить поверхность конвективного теплообмена.

Например, в одном варианте осуществления ребра 15 выполнены на наружной стороне стенки корпуса, находящейся в тепловом контакте с аккумуляторами 20, чтобы улучшить охлаждение указанных аккумуляторов.

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.4, ребра 15 выполнены на центральном участке 11 наружной стороны верхней стенки 12 корпуса 10.

Это способствует отводу тепла, выделяемого аккумуляторами 20, расположенными в центре корпуса 10 (т.е. аккумуляторами 20, наиболее удаленными от боковых стенок 14) и для которых отвод тепла более затруднителен, чем для аккумуляторов, расположенных на периферии корпуса 10 (т.е. аккумуляторов 20, ближайших к боковым стенкам 14).

В другом варианте осуществления ребра 15 выполнены на наружной стороне стенки корпуса 10, находящейся в тепловом контакте с электронной панелью 40 управления, чтобы улучшить охлаждение указанной электронной панели 40 управления.

Предпочтительно в другом варианте наружные стороны стенок 12, 13, 14, находящиеся в тепловом контакте с аккумуляторами 20 и с электронной(ыми) панелью(ями) 40, имеют ребра 15.

Если несколько стенок корпуса находятся в тепловом контакте с аккумуляторами и/или электронной(ыми) панелью(ями) управления, то все эти стенки, находящиеся в тепловом контакте, или только некоторые из них могут иметь на наружной стороне ребра.

Для дальнейшего улучшения отвода тепла, выделяемого аккумуляторами 20, в одном варианте осуществления изобретения стенка, находящаяся в тепловом контакте с аккумуляторами 20, содержит основание (не показано), в котором установлено устройство охлаждения (не показано), или связана с ним.

Устройство охлаждения может содержать циркуляционный контур для охлаждающей жидкости.

Если несколько стенок находятся в тепловом контакте с аккумуляторами, то модуль может содержать устройство охлаждения только в одной или во всех стенках, находящихся в тепловом контакте с аккумуляторами 20.

Это обеспечивает улучшенное охлаждение за счет преимущества внешней системы охлаждения, например, транспортного средства, использующего модуль, такой как автомобильная схема кондиционирования воздуха.

Электрический аккумулятор

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3a-3d, модуль имеет двадцать электрических аккумуляторов 20. Аккумуляторы имеют по существу цилиндрическую форму.

Аккумуляторы 20 установлены в корпусе 10 параллельно друг другу и параллельно боковым стенкам корпуса. Другими словами, оси вращения аккумуляторов 20 параллельны друг другу и параллельны каждой плоскости, вдоль которой проходит соответствующая боковая стенка.

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3a-3d, аккумуляторы 20 установлены так, что их оси вращения перпендикулярны верхней 12 и нижней 13 стенкам корпуса 10.

Аккумуляторы 20 соединены по два соединительными средствами 30, которые будут подробно описаны в дальнейшем.

Следует отметить, что в варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3a-3d, последовательно соединены двадцать электрических аккумуляторов 20.

Эти аккумуляторы 20 соединены по два поочередно на верхней 32 и нижней 32′ крышках. Другими словами, один аккумулятор соединен своей верхней крышкой с первым соседним аккумулятором, а своей нижней крышкой со вторым соседним аккумулятором, отличным от первого аккумулятора.

Относительно приложений, очевидно, могут быть приняты отличные от последовательного соединения формы. Например, для модуля, содержащего двадцать аккумуляторов 20, одна пара из десяти последовательно соединенных аккумуляторов 20 может быть соединена последовательно, и эта же пара может быть соединена параллельно и т.д.

Аккумуляторы электрически изолированы от стенок 12, 13, 14 корпуса 10.

Электронная панель управления

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3a-3d, устройство также содержит четыре электронных панели 40 управления.

Электронную панель 40 управления используют для управления зарядкой и разрядкой и диагностики аккумуляторов 20. Под диагностикой понимают все измерения температуры, давления, напряжения и тока, допускающие измерение и/или вычисление состояния заряда модуля на протяжении его активного срока службы.

В частности, электронная панель может удовлетворить две потребности:

- выравнивание конечных зарядных напряжений аккумуляторов 20 модуля,

- инструментарий для измерения напряжения модуля.

Аккумуляторы 20 в действительности имеют характеристики (мощность, сопротивление), проявляющие разброс, обусловленный изготовлением и/или сроком службы и т.д.

Эти различия означают, что при зарядке модуля не все аккумуляторы 20 имеют одно и то же зарядное напряжение.

Поэтому выравнивание предусматривает усреднение этих напряжений до одного и того же значения напряжения, определяемого с учетом предполагаемого применения.

Электронная панель управления соединена параллельно с аккумуляторами, соединенными последовательно.

Электронная панель 40 управления электроизолирована от стенок корпуса 10.

Электронная панель 40 управления имеет слой 42 эпоксидной смолы, на которую наклеена медная печатная схема 41.

Слой 42 эпоксидной смолы допускает тепловой контакт медной печатной схемы 41 с корпусом 10 при гарантировании электроизоляции от него.

Электронная панель 40 управления установлена так, что слой 42 эпоксидной смолы находится в контакте с внутренней стороной стенки 14 корпуса 10.

Понятно, что когда элемент А упомянут как находящийся "на" элементе В, он может находиться непосредственно на элементе В или располагаться над элементом В, но отделенным от него одним или более другими промежуточными элементами.

Понятно также, что когда элемент А упомянут как находящийся "на" элементе В, он может охватывать всю поверхность элемента В или только участок элемента В.

В одном варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.10, электронная панель 40 управления имеет на слое 42 из эпоксидной смолы алюминиевую пластину 43 (так что слой эпоксидной смолы расположен между медной печатной схемой и алюминиевым слоем).

В таком случае алюминиевая пластина находится в контакте с внутренней стороной стенки 14 корпуса 10.

Наличие алюминиевого слоя 43 на электронной панели 40 управления усиливает отвод тепла от медной печатной схемы 41 к стенке 14 корпуса, находящейся в контакте с электронной панелью 40 управления.

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.3a-3d, модуль содержит четыре электронных панели 40 управления, в тепловом отношении соединенные с внутренними сторонами четырех боковых стенок 14 корпуса 10.

Ясно, что электронные панели 40 могут быть установлены снаружи корпуса и в таком случае в тепловом отношении они соединены с наружными сторонами боковых стенок корпуса. Преимуществом указанного устройства является дополнительное улучшение охлаждения панелей и более простое их обслуживание без необходимости открывания корпуса, но его недостатком является повышенная подверженность панелей внешнему воздействию и необходимость улучшенной изоляции стенок корпуса.

Наличие четырех электронных панелей на четырех боковых стенках модуля предохраняет расположенные на периферии корпуса аккумуляторы от более быстрого охлаждения, по сравнению с расположенными в центре корпуса аккумуляторами 20.

Электронные панели 40 в таком случае фактически действуют как тепловой демпфер. Наличие этих тепловых демпферов на боковых стенках означает, что аккумуляторы 20, установленные в непосредственной близости к боковым стенкам 14, будут охлаждаться менее быстро, так что все аккумуляторы 20 модуля будут охлаждаться с одной и той же скоростью.

Поскольку тепло является главной причиной старения аккумуляторов 20, то усреднение температуры внутри модуля приводит к усреднению старения аккумуляторов 20 модуля.

Ясно, что число электронных панелей будет оптимизировано в отношении теплового показателя, который должен быть достигнут, при этом необязательно, чтобы количество панелей было равно количеству боковых стенок корпуса, в частности, когда корпус круглой или сложной формы, обусловленной конкретной окружающей обстановкой, в которой должен использоваться модуль.

Соединительные средства

В одном варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.6, соединительное средство 30 между двумя соседними аккумуляторами 20 содержит две крышки 32 или 32′, электрически соединенные контактной полоской 31.

Каждая крышка 32, 32′ предназначена для закрытия аккумулятора 20.

Каждая крышка 32, 32′ имеет вывод 33, предназначенный для контакта через стенку отверстия (не показана) с контактной полоской 31. Для улучшения электропроводимости между выводом 33 и контактной полоской 31 поверхность сквозного отверстия может быть выполнена шероховатой, чтобы увеличить контактную поверхность.

В одном варианте осуществления контактные полоски 31 выполнены из меди. Это позволяет снизить омическое сопротивление соединительного средства 30 и, следовательно, минимизировать потери, связанные с эффектом Джоуля. Поэтому выделение тепла соединительным средством 30 внутри модуля снижается.

В другом варианте осуществления контактные полоски 31 выполнены из алюминия. Это улучшает вес соединительного средства, причем сохраняет омическое сопротивление между аккумуляторами и удовлетворительную теплопроводность между аккумуляторами 20 и корпусом 10.

В одном варианте контактные полоски 31 могут быть покрыты никелем или оловом для защиты от коррозии, но также для улучшения электрического контакта.

На каждом аккумуляторе 20 верхняя крышка 32 аккумулятора 20 электрически соединена с верхней крышкой 32 соседнего аккумулятора, при этом нижняя крышка 32′ того же самого аккумулятора электрически соединена с нижней крышкой 32′ другого соседнего аккумулятора, так что каждый аккумулятор 20 может быть соединен с двумя соседними аккумуляторами 20, с одним по верхней крышке 32, с другим по нижней крышке 32′.

В варианте осуществления, показанном на фиг.7а, аккумуляторы имеют плоские крышки без выводов. В таком случае они сварены или спаяны в пары со своими соседями посредством контактных полосок, приваренных или припаянных в том же самом виде, как описано в предыдущем абзаце. Если используют неглубокую лазерную сварку, то контактные полоски предпочтительно могут иметь утонченные участки, подобные описанным ниже со ссылкой на сваривание двойных крышек.

Контактная поверхность между контактной полоской 31 и крышкой 32 предпочтительно равна или больше четверти поверхности крышки 32 и предпочтительнее равна или более половины поверхности крышки 32, даже равна полностью поверхности крышки.

При такой форме аккумуляторов можно получить максимальную контактную поверхность между контактной полоской 31 и крышкой 32, 32′ и, следовательно, усилить теплообмен между крышкой 32, 32′ и корпусом через контактную полоску 31.

В другом варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.7, 8 и 9, соединительное средство 30 содержит продольный элемент 34, названный двойной крышкой, концы 35, 36 которого образуют верхнюю 32 или нижнюю 32′ крышки двух соседних аккумуляторов 20 для их электросоединения.

Использование продольного элемента 34 для электросоединения двух соседних аккумуляторов позволяет повысить электрическую и тепловую эффективность модулей.

Касательно электрической эффективности, применение соединительного средства, выполненного из одного элемента, позволяет уменьшить внутреннее сопротивление соединительного средства (и, следовательно, выделение тепла вследствие эффекта Джоуля). Касательно тепловой эффективности, применение соединительного средства из одного элемента, способного образовать верхние (или нижние) крышки двух аккумуляторов, обеспечивает увеличенную контактную поверхность между аккумуляторами 20 и стенками модуля, что усиливает перенос тепла к корпусу 10.

Если двойные крышки соединены прозрачной лазерной сваркой, то каждый конец 35, 36 двойной крышки 34 имеет предпочтительно утонченные участки 37 для образования сварных участков.

В вариантах осуществления, иллюстрированных на фиг.8 и 9, предпочтительные утонченные участки 37 являются радиальными и перпендикулярными два на два.

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.8, предпочтительный утонченный участок 37 каждого конца 35, 36 вытянут вдоль продольной оси В-В продольного элемента 34.

Таким образом, можно уменьшить внутреннее сопротивление продольного элемента 34 (и, следовательно, выделение тепла в соединительном средстве 30 в соответствии с эффектом Джоуля). Однако в таком случае ток течет в основном в прямолинейных утонченных участках, проходящих вдоль продольной оси В-В продольного элемента 34. Это может вызвать местный нагрев продольного элемента в прямолинейных утонченных участках, проходящих вдоль продольной оси В-В продольного элемента 34.

В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг.9, радиальные прямолинейные утонченные участки 37 перпендикулярны два на два и имеют угол 45° с продольной осью элемента. Таким образом можно исключить риски повреждения из-за местного нагревания, как отмечалось выше.

Альтернативные варианты

Понятно, что в описанный выше модуль могут быть внесены многочисленные изменения без какого-либо существенного отступления от описанных здесь отличительных особенностей и преимуществ.

Следовательно, в рамках объема модуля, ограниченного предложенной формулой изобретения, могут быть внесены любые изменения.

Например, число аккумуляторов модуля может быть больше или меньше двадцати. Например, модуль может иметь только два электрических аккумулятора или более двух.

Например, аккумуляторы могут быть соединены вместе комбинацией описанных выше средств:

- двойными крышками на нижней стороне и крышками с выводами на верхней стороне (фиг.7),

- двойными крышками на нижней стороне и приваренными или припаянными плоскими крышками на верхней стороне (фиг.7а),

- двойными крышками на нижней и верхней сторонах (фиг.7b),

- контактными полосками, приваренными на верхней и нижней сторонах (фиг.7с),

- крышками с выводами на верхней стороне и приваренными контактными полосками на нижней стороне (фиг.7d),

- крышками с выводами на верхней и нижней сторонах (фиг.6),

в зависимости от ограничений по аккумуляторам и нужд производства.

Аналогично, число электронных панелей управления может быть больше или меньше четырех. Например, модуль может иметь одну панель управления.

В таком случае два аккумулятора в тепловом отношении соединены с первой стенкой, а электронная панель управления соединена со второй стенкой, отличной от первой стенки, чтобы увеличить теплообмен с внешней средой и тем самым усилить отвод тепла, выделяемого аккумуляторами, соединительными средствами и электронной панелью управления.

Описанные выше разные варианты осуществления также представили:

- аккумуляторы, находящиеся в тепловом соединении с нижней стенкой корпуса, или с верхней стенкой корпуса, или с верхней и нижней стенками корпуса, и

- электронную панель управления, соединенную с одной, двумя, тремя или четырьмя боковыми стенками корпуса.

Аналогично, геометрическая форма аккумуляторов описана как квадратная, но может быть также любой формы, например треугольной, шестиугольной, восьмиугольной и т.д.

Понятно, что предпочтительно тепловые соединения аккумуляторов и электронных панелей управления могут быть "обратимыми", а именно:

- аккумуляторы могут быть соединены с одной или более боковыми стенками корпуса, например, если аккумуляторы установлены ровно в соответствии с аксиальным отводом тепла из корпуса наружу. Электронные панели управления могут быть соединены с верхней стенкой, или с нижней стенкой, или с верхней и нижней стенками.

Чтобы упростить описание, мы описали модули, расположенные в общем вертикально. Ясно, что модули могут быть ориентированы в любом направлении без отступления от объема изобретения.

В данном описании аккумуляторы и их ориентация также были ограничены аккумуляторами круглого сечения. Ясно, что аккумуляторы могут иметь любое сечение.

Наконец, в представленном выше описании предложена конструкция модуля с элементами одного уровня, однако ясно, что изобретение применимо к модулям, содержащим несколько слоев элементов, теплообмен с корпусом происходит для наружных слоев сборки.

Изобретение относится к области модулей, содержащих, по меньшей мере, два аккумулятора для хранения электроэнергии. Модуль содержит корпус (10) с, по меньшей мере, двумя электрическими аккумуляторами (20), соединенными соединительным средством (30), и по меньшей мере, одну управляющую электронную панель (40) для управления зарядкой и разрядкой аккумуляторов (20). Разные стенки корпуса (10) являются электроизолированными и, по меньшей мере, одна стенка находится в тепловом контакте с электрическими аккумуляторами (20), а, по меньшей мере, другая стенка находится в тепловом контакте с управляющей электронной панелью (40). Изобретение позволяет усилить охлаждение указанного модуля. 35 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Модуль, содержащий корпус (10), в котором установлены и соединены соединительными средствами (30), по меньшей мере, два электрических аккумулятора (20), и, по меньшей мере, одну электронную панель (40) для управления энергией и диагностики аккумуляторов (20), отличающийся тем, что разные стенки (12, 13, 14) корпуса (10) являются электроизолированными:
причем, по меньшей мере, одна стенка (12, 13) находится в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с электрическими аккумуляторами (20), и, по меньшей мере, одна другая стенка (14) находится в тепловом контакте с электронной панелью (40) управления с тем, чтобы обеспечивать охлаждение указанного модуля.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что корпус (10) содержит ребра (15, 15'), по меньшей мере, на одной наружной стороне корпуса (10).

3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что ребра (15), выполненные на наружной стороне стенки (12, 13) корпуса (10), находятся в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами (20).

4. Модуль по п.2, отличающийся тем, что ребра (15'), выполненные на наружной стороне другой стенки (14) корпуса (10), находятся в тепловом контакте с электронной панелью (40) управления.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что корпус (10) выполнен из алюминия.

6. Модуль по п.1, отличающийся тем, что корпус (10) выполнен из композитного материала на основе углерода.

7. Модуль по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что стенкой (12, 13), контактирующей с теплорассеивающими элементами, является нижняя стенка (13) корпуса (10), а другой стенкой (14), контактирующей с электронной панелью (40) управления, является боковая стенка корпуса (10).

8. Модуль по п.7, отличающийся тем, что стенка (13), находящаяся в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, содержит основание, в котором выполнено устройство охлаждения, или связана с ним.

9. Модуль по п.8, отличающийся тем, что устройство охлаждения содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости.

10. Модуль по п.1, отличающийся тем, что электронная панель (40) управления содержит слой (42) эпоксидной смолы, на который наклеена печатная плата (41) из меди.

11. Модуль по п.10, отличающийся тем, что слой (42) эпоксидной смолы находится в контакте с внутренней стороной указанной другой стенки (14) корпуса (10).

12. Модуль по п.10, отличающийся тем, что электронная панель (40) управления содержит алюминиевую пластину (43) на слое (42) эпоксидной смолы, причем алюминиевая пластина (43) находится в контакте с внутренней стороной указанной другой стенки (14) корпуса (10).

13. Модуль по п.12, отличающийся тем, что две стенки (12, 13), электроизолированные, находятся в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами (20).

14. Модуль по п.13, отличающийся тем, что две стенки (12, 13), находящиеся в тепловом контакте с теплорассеивающими элементами, соединенными с аккумуляторами (20), являются верхней (12) и нижней (13) стенками корпуса (10).

15. Модуль по п.1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одну электронную панель (40) управления, причем указанная электронная панель (40) управления находится в контакте, по меньшей мере, с одной боковой стенкой (14) корпуса (10).

16. Модуль по п.15, отличающийся тем, что количество электронных панелей управления равно числу боковых стенок корпуса, причем каждая из указанных панелей находится в контакте с соответствующей боковой стенкой (14) корпуса (10).

17. Модуль по п.15, отличающийся тем, что панели управления находятся в контакте с внутренней стороной боковой стенки корпуса.

18. Модуль по п.15, отличающийся тем, что панели управления находятся в контакте с наружной стороной боковой стенки корпуса.

19. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство (30) между двумя соседними аккумуляторами (20) содержит две крышки (32), электрически соединенные контактными полосками (31), причем каждая крышка (32) содержит вывод (33), предназначенный для контакта со стенкой сквозного отверстия в контактной полоске (31).

20. Модуль по п.19, отличающийся тем, что стенка сквозного отверстия, проходящего через контактную полоску, имеет значительную шероховатость поверхности для обеспечения электрического контакта с выводом (33).

21. Модуль по п.19, отличающийся тем, что контактные полоски (31) выполнены из меди.

22. Модуль по п.21, отличающийся тем, что контактные полоски (31) из меди облужены для защиты поверхности.

23. Модуль по п.19, отличающийся тем, что контактные полоски (31) выполнены из алюминия.

24. Модуль по п.23, отличающийся тем, что контактные полоски (31) из алюминия для защиты поверхности покрыты оловом или никелем.

25. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство (30) между двумя соседними аккумуляторами (20) содержит две крышки (32), электрически соединенные контактной полоской (31') с помощью неглубокой лазерной сварки.

26. Модуль по п.25, отличающийся тем, что сварка контактной полоски (31) выполнена по предпочтительным утонченным участкам.

27. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство (30) между двумя соседними аккумуляторами (20) содержит две крышки (32), электрически соединенные контактной полоской (31'), припаянной к крышкам (32).

28. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство (30) между двумя соседними аккумуляторами (20) содержит две крышки (32), электрически соединенные контактной полоской (31'), припаянной к крышкам диффузионной пайкой.

29. Модуль по п.19, отличающийся тем, что контактная поверхность между контактной полоской (31) и крышкой (32) равна или больше четверти поверхности крышки (32).

30. Модуль по п.17, отличающийся тем, что контактная поверхность между контактной полоской (31) и крышкой (32) равна или больше половины поверхности крышки (32).

31. Модуль по п.1, отличающийся тем, что два соседних аккумулятора (20) электрически соединены продольным элементом (34), концы (35, 36) которого образуют соответствующие верхнюю (32) или нижнюю (32') крышки каждого из соседних аккумуляторов (20) с тем, чтобы электрически соединять указанные соседние аккумуляторы (20).

32. Модуль по п.31, отличающийся тем, что каждый конец (35, 36) продольного элемента (34) содержит предпочтительные радиальные утонченные участки (37).

33. Модуль по п.31, отличающийся тем, что предпочтительные утонченные участки (37) расположены перпендикулярно два на два и под углом 45° к продольной оси (В-В) элемента (34).

34. Модуль по п.31, отличающийся тем, что предпочтительные утонченные участки (37) расположены перпендикулярно два на два, причем, по меньшей мере, один участок (37) каждого конца (35, 36) проходит вдоль продольной оси (В-В) элемента (34).

35. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соединительные средства (30) содержат теплорассеивающие элементы (38).

36. Модуль по п.1, отличающийся тем, что теплорассеивающие элементы (38) между указанными элементами и стенкой модуля содержат слой эластомера.