ТЕРМОСТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ Российский патент 2013 года по МПК H01M2/10 

Объектом данного изобретения является термостабилизированный модуль, содержащий электрические батареи, для использования в неподвижных и подвижных электрических устройствах, в частности в автомобилях с электрическим или гибридным приводом.

Блоки из электрических батарей, используемые в электромобилях, содержат ряд элементов, соединенных в модули. Для создания требуемого напряжения, силы тока или энергоемкости батареи данные элементы электрически соединяют последовательно, параллельно или последовательно-параллельно и формируют из них блок, занимающий по возможности минимальное пространство. Для создания электромобиля по возможности с максимальным пассажирским салоном и багажником пространство для размещения модулей из батарей должно быть сведено к минимуму. С другой стороны, при работе (разряжении), а также подзарядке батарей выделяется значительное количество тепловой энергии и, поэтому, величину температуры указанных модулей необходимо регулировать. Для того чтобы данные элементы занимали наименьшее пространство, они должны быть весьма плотно сложены, в то же время для регулирования температуры между конкретными элементами блока батарей должны быть выполнены соответствующие проводящие тепло каналы, однако, при этом для блоков батарей потребуется больше пространства. Указанные два требования при существующем техническом уровне должны удовлетворяться взаимно противоречащими техническими решениями.

Из патентного документа EP 1753058 известен модуль из электрических батарей, содержащий воздуховоды, проходящие между элементами в батарее. Данная батарея охлаждается посредством ребристых разделителей с отверстиями, через которые может проходить охлаждающая среда.

Из патентного документа US 4314008 известно термостабилизирующее устройство для модуля из батарей, в котором ряд электрических элементов может быть нагрет или охлажден в зависимости от требований. С этой целью термостабилизируемые электрические батареи помещены в изолирующий корпус и работают вместе с тепловым насосом, который в зависимости от фактических тепловых условий проводит тепло в батарею или из нее. В качестве теплового насоса используется элемент Пельтье, имеющий две параллельные плоские поверхности, между которыми проводится тепло. Указанный элемент Пельтье входит в контакт с одной стороны через промежуточную теплопроводящую плиту с блоком батарей, а с другой стороны непосредственно с радиатором, который является крышкой изолирующего корпуса. За счет изменения полярности и напряжения тока, проходящего к элементу Пельтье, в зависимости от требования достигается охлаждение или нагрев батареи и, по существу, достигаются лучшие эксплуатационные параметры, а также более длительный срок службы электрических элементов.

Из патентного документа DE 10114960 известна конструкция корпуса батареи, в которой электрические элементы расположены на полках, находящихся в тепловом контакте с элементом Пельтье, который подводит или отводит тепло из корпуса, чтобы охладить или нагреть элементы, в зависимости от потребности. Кроме того, указанное устройство содержит теплообменник канального типа с вентилятором, расположенным у боковой стенки корпуса.

Целью данного изобретения является создание модуля из батарей для обеспечения термостабилизации электрических элементов без существенного увеличения пространства для хранения модуля из батарей. Другой целью данного изобретения является создание корпуса для электрических элементов, обеспечивающего простую сборку и эффективный теплоперенос.

Дополнительной целью данного изобретения является создание средств для прикрепления элемента Пельтье, которые упрощают сборку указанного элемента Пельтье в корпусах блоков электрических элементов.

В соответствии с данным изобретением электрические элементы в термостабилизированном модуле из электрических батарей расположены в корпусе и находятся в тепловом контакте с элементом Пельтье, причем указанный контакт обеспечивает теплопередачу от указанного блока электрических элементов или к указанному блоку. Данное решение характеризуется тем, что теплопроводные разделительные пластины, которые находятся в контакте по меньшей мере с одной боковой стенкой корпуса, зажаты в корпусе с электрическими элементами, расположенными между указанными разделительными пластинами, тогда как указанная боковая стенка корпуса, входящая в контакт с разделительными пластинами, находится в тепловом контакте с элементом Пельтье, причем электрические элементы зажаты между теплопроводящими пластинами по своим наибольшим сторонам, причем элемент Пельтье находится в тепловом контакте с теплообменником на жидком теплоносителе, причем указанный теплообменник содержит радиатор, а также коллектор охлаждающей текучей среды, имеющий выпускное и впускное отверстия.

Кроме того, предпочтительно элемент Пельтье и теплообменник на жидком теплоносителе размещены на установочной раме и прижаты посредством крепежной пластины по существу к средней части боковой стенки корпуса болт-шпильками.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрические элементы, расположенные в корпусе и разделенные разделительными пластинами, скреплены вместе болт-шпильками.

Предпочтительно разделительные пластины имеют задние края, изогнутые под углом 90°, входящие в контакт с боковой стенкой и прикрепленные к указанной боковой стенке корпуса клепкой.

В предпочтительном решении разделительные пластины и боковая стенка корпуса выполнены из алюминия.

Объект данного изобретения показан в иллюстративных вариантах выполнения на чертежах, на которых:

фиг.1 показывает часть корпуса для электрических элементов, а также элемент Пельтье и теплообменник на жидком теплоносителе;

фиг.2 показывает часть теплообменника на жидком теплоносителе;

фиг.3 показывает покомпонентный вид в аксонометрии теплообменника на жидком теплоносителе;

фиг.4 показывает часть модуля из электрических батарей;

фиг.5 показывает вид в аксонометрии корпуса с частично выступающими электрическими элементами и с теплообменником на жидком теплоносителе в покомпонентном изображении;

фиг.6 показывает боковую стенку корпуса;

фиг.7 показывает разделительную пластину корпуса;

фиг.8 показывает опорную плиту корпуса; и

фиг.9 показывает крышку корпуса.

В варианте выполнения, показанном на фиг.1, корпус 1 модуля, содержащий электрические элементы, имеет в соответствии с данным изобретением боковую стенку 2, присоединенную к опорной плите 3 и крышке 4. На фиг.2 показано, что восемь параллельных разделительных пластин 5 с электрическими элементами 6, расположенными между указанными разделительными пластинами, установлены между опорной плитой 3 и крышкой 4, причем крайний нижний электрический элемент 6 расположен в промежутке между нижней разделительной пластиной 5 и опорной плитой 3, а крайний верхний электрический элемент 6 расположен в промежутке между верхней разделительной пластиной 5 и крышкой 4.

Для обеспечения теплового контакта между пластинами, присоединенными к боковой стенке 2 корпуса 1, разделительные пластины 5 и крышка 4, а также опорная плита 3 присоединены к боковой стенке 2 клепкой. Присоединение клепкой обеспечивает двусторонний зажим для эффективной теплопередачи между соединенными пластинами. Эффективность теплопередачи между алюминиевой боковой стенкой 2 и алюминиевыми разделительными пластинами 4 дополнительно увеличена за счет нанесения теплопроводящей пасты, которую наносят на взаимно-контактирующие поверхности пластин, которые должны быть соединены клепкой.

Кроме того, опорная плита 3 и крышка 4 присоединены друг к другу четырьмя болт-шпильками 7. Электрические элементы 6, набранные внутри корпуса 1 и разделенные разделительными пластинами 5, зажаты между смежными пластинами болт-шпильками 7 с обеспечением плотного прилегания всей поверхности элемента к соответствующей теплопроводящей пластине. Теплопередача значительно повышается после нанесения теплопроводящей пасты на поверхности, которыми элементы 6 входят в контакт с разделительными пластинами 5.

Одна поверхность элемента Пельтье 8 прижата к наружной поверхности алюминиевой боковой стенки 2, а вторая поверхность прижата к теплообменнику 9 на жидком теплоносителе, содержащему радиатор 10 и коллектор 11 охлаждающей текучей среды с впускным и выпускным отверстиями. Вышеуказанный теплообменник 9 расположен на установочной раме 12 и прижат к элементу Пельтье 8 крепежной пластиной 13 посредством болт-шпилек 14, вводимых в боковую стенку 2.

Фиг.3 представляет собой детальный покомпонентный вид в аксонометрии теплообменника 9 на жидком теплоносителе. Болт-шпильки 14 вкручены в среднюю часть боковой пластины 2 и установочную раму 12, имеющую квадратное отверстие, обеспечивающее позиционирование элемента 8 Пельтье, который входит в контакт с радиатором 10, плотно присоединенным уплотнительным кольцом к коллектору 11. Для обеспечения лучшей теплопередачи между задней пластиной и элементом Пельтье 8, входящим в контакт с задней пластиной, наносят слой теплопроводящей пасты, а также между элементом Пельтье 8 и теплообменником 9, входящим в контакт с элементом Пельтье.

Весь модуль из электрических батарей в соответствии с данным изобретением, показанный на фиг.4, содержит корпус 1, в котором электрические элементы 6 зажаты между разделительными пластинами 5. Элемент Пельтье 8, входящий в контакт с теплообменником, прикреплен с одной стороны к боковой стенке 2 корпуса 1, а с другой стороны видны датчики 15 температуры, которые расположены около полюсных клемм элементов 16 вместе с пластиной 17, содержащей электронный блок, снимающий электрическое напряжение со всех электрических элементов 6, причем указанная пластина присоединена к устройству управления батареями.

На фиг.5 показан вид в аксонометрии предварительной сборки компонентов модуля, в соответствии с данным изобретением, с девятью электрическими элементами 6, частично выступающими из корпуса 1, и покомпонентный вид теплообменника 9 на жидком теплоносителе с элементом Пельтье 8.

Как показано на фиг.6, в среднюю часть боковой стенки 2 вкручены четыре болт-шпильки 14, а на ее боковых сторонах выполнено 54 отверстия для присоединения клепкой крепежных восьми разделительных пластин 5 и крышки 4, тогда как нижняя часть боковой стенки 2, предназначенная для соединения с опорной плитой, изогнута под углом 90°.

На фиг.7 показана форма разделительной пластины 5, которая имеет задний край 18, изогнутый под углом 90° с выполненными в нем отверстиями под заклепки. Поскольку задний край 18 каждой из разделительных пластин 5, расположенных в корпусе 1, входит в контакт с задней стенкой 2 и присоединен к ней клепкой, то эффективность теплообмена между соединенными пластинами в основном зависит от их контактной поверхности. Таким образом, задний край 18 должен быть по возможности максимально высоким, однако по конструктивным соображениям эта высота будет меньше высоты электрического элемента 6, устанавливаемого на разделительной пластине 5.

Как показано на фиг.8, опорная плита 3 корпуса 1 выполнена в виде плоского металлического листового элемента с монтажными отверстиями под болт-шпильки 7, тогда как крышка 4, показанная на фиг.9 без отверстий под болт-шпильки 7, также имеет задний край 19, изогнутый под 90° с выполненными в нем отверстиями под заклепки.

В зависимости от условия требования охлаждения или нагревания модуля электрических батарей система управления батареями передает команды для изменения полярности напряжения на элементе Пельтье 8. Температурный порог для сигнала на включение охлаждения задается при 25°C, а для включения нагрева - при 0°C.

В зависимости от фактического значения температуры, определяемой датчиками 15 температуры, параметры элемента Пельтье 8, то есть, полярность напряжения и значение тока, задаются динамически в диапазоне напряжений от -12 V до +12 V, и диапазоне тока от -6 А до +6А. Боковая стенка 2 вместе с разделительными присоединенными к ней пластинами 5, опорная плита 3 и крышка 4 и, по существу, каждый из электрических элементов 6, расположенный между указанными пластинами в корпусе, охлаждаются или нагреваются в зависимости от полярности напряжения на элементе Пельтье 8 в модуле по данному изобретению.

Изобретение относится к термостабилизированному модулю из электрических батарей. Электрические элементы (6) расположены в корпусе и находятся в тепловом контакте с элементом Пельтье, обеспечивающим теплопередачу от блока электрических элементов или к нему, причем теплопроводные разделительные пластины (5), которые находятся в контакте, по меньшей мере, с одной боковой стенкой (2), размещены в указанном корпусе с электрическими элементами (6), расположенными между указанными разделительными пластинами (5), причем указанная боковая стенка (2) корпуса (1), входящая в контакт с разделительными пластинами (5), находится в тепловом контакте с элементом Пельтье (8). Электрические элементы (6) зажаты между теплопроводящими пластинами (5) по своим наибольшим сторонам. Элемент Пельтье находится в тепловом контакте с теплообменником на жидком теплоносителе. Техническим результатом является упрощение сборки и эффективный теплоперенос. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Термостабилизированный модуль из электрических батарей, в котором электрические элементы (6) расположены в корпусе (1) и находятся в тепловом контакте с элементом Пельтье (8), обеспечивающим теплопередачу от блока электрических элементов или к нему, отличающийся тем, что теплопроводные разделительные пластины (5), которые находятся в контакте по меньшей мере с одной боковой стенкой (2) корпуса (1), зажаты в корпусе (1) с электрическими элементами (6), расположенными между указанными разделительными пластинами (5), причем указанная боковая стенка (2) корпуса (1), входящая в контакт с разделительными пластинами (5), находится в тепловом контакте с элементом Пельтье (8), причем электрические элементы (6) зажаты между теплопроводящими пластинами (5) по своим наибольшим сторонам, причем элемент Пельтье (8) находится в тепловом контакте с теплообменником (9) на жидком теплоносителе.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что теплообменник (9) на жидком теплоносителе содержит радиатор (10), а также коллектор (11) охлаждающей текучей среды с выпускным и впускным отверстиями.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что элемент Пельтье (8) и теплообменник (9) на жидком теплоносителе размещены на установочной раме (12) и прижаты болт-шпильками (14) через крепежную пластину (13), по существу, к средней части боковой стенки (2) корпуса (1).

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что электрические элементы (6), расположенные в корпусе (1) и разделенные разделительными пластинами (5), скреплены вместе болт-шпильками (7).

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что разделительные пластины (5) имеют задние края (18), загнутые под углом 90°, входящие в контакт с боковой стенкой (2).

6. Модуль по п.5, отличающийся тем, что разделительные пластины (5) прикреплены к боковой стенке (2) корпуса (1) клепкой.

7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что разделительные пластины (5) и боковая стенка (2) корпуса (1) выполнены из алюминия.