ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2017 года по МПК H01M10/60 H01M10/656 

Изобретение относится к источникам тока с электрохимическими элементами и системой термокондиционирования.

Известен источник тока для электропитания транспортного средства, содержащий батарею электрохимических элементов, расположенную внутри охлаждаемого контейнера с замкнутым контуром циркуляции, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами, а также блоком управления (см. патент РФ №39542 U, B60L 11/18, 2004).

К недостаткам этого источника питания следует отнести значительные массогабаритные характеристики и невысокую эффективность теплообмена вследствие наличия воздушной прослойки и изолирующей стенки корпуса между отдельными частями батареи и хладагента.

Из известных источников питания наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является источник тока, содержащий батарею электрохимических элементов, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, а также электронными компонентами, выполняющими контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, систему термокондиционирования с потоком хладагента между электрохимическими элементами (см. заявка США №2003/0022031 A1, H01M 10/46, 2003).

К недостаткам этого источника питания следует отнести значительные массогабаритные характеристики, малую площадь теплообмена и увеличенное энергопотребление, затрачиваемое на работу контура циркуляции хладагента через каналы.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик источника тока, повышение эффективности теплообмена и возможность быстрого сброса и подвода тепла к батарее и ее элементам, что приводит к повышению безопасности батареи в связи с возможностью быстрого отвода тепла, к увеличению ресурса и равномерности старения отдельных элементов в связи с равномерностью поддержания температур по всему объему батареи.

Указанный технический результат достигается тем, что источник тока содержит батарею электрохимических элементов, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, а также электронными компонентами, выполняющими контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, систему термокондиционирования, при этом система термокондиционирования включает контейнер с жидкой фазой теплоносителя на основе жидкости с высокими диэлектрическими свойствами, с высокой теплоемкостью и теплопроводностью, низкой вязкостью в заданном диапазоне температур, в который погружены частично или полностью источник тока и/или отдельные его части. Замена контура циркуляции на термокондиционирование посредством погружения источника тока в диэлектрическую жидкость, например GreenDEF™, позволяет уменьшить массогабаритные характеристики за счет исключения охлаждающих каналов, а также снизить энергопотребление системы термокондиционирования. Наряду с этим, указанное термокондиционирование, по сравнению с воздушным термостатированием, за счет более высокой теплоаккумулирующей способности (в 1200 раз) существенно снижает (до 1°C) градиент температур по источнику тока, что способствует стабильности его характеристик.

Целесообразно, чтобы источник тока и/или любая связанная с ним система своими отдельными частями были размещены в отдельных объемах жидкости, изолированных между собой или объединенных в одну или несколько систем, обеспечивающих принудительную или естественную циркуляцию теплоносителя с теплообменом с внешними объектами в установленных местах. Такое выполнение источника тока упрощает его компоновку и техническое обслуживание, а также позволяет держать отдельные части источника (электрохимические элементы, платы с электронными компонентами) при температурах, оптимальных для их функционирования.

Для стационарных источников объемы жидкости могут быть выполнены в закрытом (герметичном) или/и открытом исполнении. Мобильные (носимые и возимые) источники должны иметь объемы жидкости в непроливаемом или герметизированном исполнении.

Целесообразно, чтобы объемы жидкости имели отличающиеся значения поддерживаемых температур в зависимости от назначения и режима использования размещенной в них части.

Целесообразно, чтобы объемы жидкости были включены в общую систему термокондиционирования. Указанные выполнения объемов жидкости и значения поддерживаемых температур существенно расширяют круг возможного использования источника тока.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и описанием конструкции.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема источника тока.

Источник тока включает контейнер 1, диэлектрическую жидкость 2, батарею электрохимических элементов 3, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, а также электронными компонентами 4, электронные компоненты, выполняющие контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции 5, трубопроводы кондиционирующей системы 6, теплообменники 7. В указанную жидкость могут быть погружены батарея и/или отдельные системы источника тока, при этом отдельные части могут быть размещены в отдельных объемах жидкости, изолированных между собой или объединенных в одну или несколько систем. Проток жидкости может быть обеспечен за счет естественной или принудительной циркуляции.

Пример практической реализации

В соответствие с формулой изобретения был изготовлен макет источника тока с литий-ионными электрохимическими элементами. Батарея включала 10 элементов с номинальным током 10 А. Источник тока за счет исключения каналов охлаждения и устройства циркуляции снизил массогабаритные характеристики на 15% и энергопотребление на 18%. Использование диэлектрической жидкости типа GreenDEF™, обладающей низкой степенью вязкости и высокой теплоаккумулирующей способностью, позволяет существенно повысить эффективность термокондиционирования. Градиент температур по источнику тока снизился до 1°C-2°C, что способствует стабилизации электрических характеристик. Стабилизация температуры позволяет также снизить омические потери в устройствах электрической коммутации и переключающих устройствах. Диэлектрическая жидкость является экологичным и нетоксичным веществом, что упрощает технологию использования источника тока. Негорючесть жидкости существенно повышает пожаробезопасность в случаях теплового разгона одного или нескольких электрохимических элементов, входящих в состав батареи.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный источник питания может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к источникам тока с электрохимическими элементами и системой термокондиционирования. Согласно изобретению источник тока содержит батарею электрохимических элементов, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, а также электронными компонентами, выполняющими контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, систему термокондиционирования, которая включает контейнеры с диэлектрической жидкость, представляющей собой отдельные объемы жидкой фазы теплоносителя на основе жидкости с высокими диэлектрическими свойствами, с высокой теплоемкостью и теплопроводностью, низкой вязкостью в заданном диапазоне температур, в которые погружены частично или полностью батарея электрохимических элементов с коммутационными элементами и токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, и электронные компоненты, выполняющие контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, при этом отдельные объемы жидкой фазы изолированы между собой или объединены в одну или несколько систем, в которых проток жидкой фазы обеспечен за счет естественной или принудительной циркуляции. Повышение эффективности теплообмена и стабилизации температуры источника тока является техническим результатом изобретения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Источник тока, содержащий батарею электрохимических элементов, коммутационные элементы с токопроводящими шинами, отключающими и переключающими ключами и реле, а также электронными компонентами, выполняющими контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, систему термокондиционирования, отличающийся тем, что система термокондиционирования включает контейнеры с диэлектрической жидкостью, представляющие собой отдельные объемы жидкой фазы теплоносителя на основе жидкости с высокими диэлектрическими свойствами, с высокой теплоемкостью и теплопроводностью, низкой вязкостью в заданном диапазоне температур, в которые погружены частично или полностью батарея электрохимических элементов с коммутационными элементами и токопроводящими шинами, перемычками, отключающими и переключающими ключами и реле, и электронные компоненты, выполняющие контролирующие, управляющие и/или передающие информацию функции, при этом отдельные объемы жидкой фазы изолированы между собой или объединены в одну или несколько систем, в которых проток жидкой фазы обеспечен за счет естественной или принудительной циркуляции.

2. Источник тока по п. 1, отличающийся тем, что отдельные объемы жидкой фазы выполнены в герметичном или открытом исполнении.

3. Источник тока по п. 1, отличающийся тем, что отдельные объемы жидкой фазы имеют отличающиеся значения поддерживаемых температур.