Настоящее изобретение относится к модулю аккумуляторной батареи, содержащему корпус модуля аккумуляторной батареи с частями из пластика и несколько призматических элементов аккумуляторной батареи, которые имеют корпус элемента с четырьмя боковыми стенками.
Перезаряжаемые элементы аккумуляторной батареи имеют большое значение во многих областях техники. Они часто применяются для приложений, в которых требуется только незначительная сила тока, как, например, мобильные телефоны. Наряду с этим, имеется большая потребность в элементах аккумуляторной батареи для приложений с током большой силы, прежде всего для электрического привода транспортных средств. Именно в автомобильной области применяются многочисленные модули аккумуляторной батареи, которые состоят из нескольких призматических элементов аккумуляторной батареи, поскольку такие элементы аккумуляторной батареи позволяют осуществить компактное построение модуля аккумуляторной батареи и использовать находящееся в распоряжении на автомобиле пространство наилучшим образом.
Модуль аккумуляторной батареи содержит несколько элементов аккумуляторной батареи, которые поставляют характерное для элемента напряжение. Напряжение зависит от использованного сочетания материалов. Один или несколько модулей батареи, соединенных электрически, образуют батарею. Для выполнения требований к мощности и энергоемкости батареи, модули аккумуляторной батареи строятся из нескольких элементов аккумуляторной батареи, которые соединяются электрически последовательно и/или параллельно.
Во время эксплуатации батареи выделяется тепло, причем количество тепла среди прочего зависит от использованного в элементе аккумуляторной батареи электролитного раствора. Из уровня техники известны несколько перезаряжаемых батарей, которые предусматривают охлаждение батареи охлаждающим устройством. Например, в US 2003/0017384 А1 показаны элементы аккумуляторной батареи, в которых металлическая пластина интегрирована в боковую стенку корпуса и примыкает к пластинчатой теплопередающей детали. ЕР 2380223 А1 предусматривает для батареи с элементами аккумуляторной батареи теплопередающие элементы и теплопередающие пластины в корпусе, причем отведение тепла от элементов аккумуляторной батареи производится посредством теплопроводных устройств. Например, наряду с охлаждением элементов аккумуляторной батареи посредством охлаждающих пластин в уровне техники также предусматривается жидкостное охлаждение или воздушное охлаждение, описанное, например, в US 7981538 или в US 6296968 на примере никель-кадмиевой батареи и металл-гидридной батареи.
Из уровня техники известны также охлаждающие пластины, выполненные между элементами аккумуляторной батареи, которые содержат охлаждающие каналы в форме меандра. При этом охлаждающие каналы образованы штампованной или иначе деформированной первой пластиной, причем открытая сторона каналов запирается второй пластиной. Обе пластины имеют одинаковую толщину. В качестве подходящего материала предлагаются металл или полимеры. Такое выполнение показано, например, в US 2009/0258289 А1.
В WO 2008/050211 для охлаждения отдельных элементов аккумуляторной батареи использованы прокладки («spacing plates» - англ.), которые сформированы таким образом, что между двумя соседними элементами аккумуляторной батареи может протекать воздух для охлаждения. В US 2003/0008205 А1 описана охлаждающая структура, которая содержит между двумя соседними элементами аккумуляторной батареи несколько сформированных треугольными стеночных элементов, которые образуют зигзагообразную внутреннюю структуру между двумя по существу параллельными стенками. Через полученные воздушные пространства может протекать воздух для охлаждения. Примененные стенки, а также зигзагообразная внутренняя структура состоят в каждом случае из пластин одинаковой толщины.
Перезаряжаемые элементы литиевых аккумуляторных батарей на практике представлены почти исключительно литий-ионными элементами. Как правило, отрицательный электрод состоит из графита, который размещается на медном контактном материале. Положительный электрод основан, как правило, на литий-кобальт-оксиде, который снабжен алюминиевым проводником. Транспорт ионов в пределах элемента производится посредством электролитного раствора, который обеспечивает подвижность ионов. Электролитный раствор состоит, как правило, из соли лития, которая растворена в органическом растворителе или смеси растворителей. Такие органические литий-ионные элементы критичны в отношении их безопасности, поскольку органический растворитель электролитного раствора горючий и имеет низкую температуру воспламенения, что вынуждает избегать повышения температуры в пределах элемента. Это относится, прежде всего, к батареям для приложений с током большой силы. Во избежание таких опасностей предпринимаются меры по точному регулированию процессов заряда и процессов разряда, а также при конструировании батарей с литий-ионными элементами. Дополнительно, зачастую производится охлаждение батареи.
Вопреки усилиям из уровня техники оптимизировать перезаряжаемые модули батарей для приложений с токами большой силы и выполнить частично противоположные требования, по-прежнему имеется потребность в улучшенном модуле аккумуляторной батареи, который отвечает, прежде всего, следующим требованиям:
очень хорошие электрические показатели производительности, прежде всего высокая энергетическая плотность при больших токах разряда,
повышение надежности, также в особенных пограничных условиях в транспортном средстве,
незначительный вес для достижения высокого энерговыделения на единицу веса (килограмм),
компактное построение для предоставления в распоряжение возможно большего количества электрической энергии на единицу объема,
высокая механическая прочность корпуса модуля аккумуляторной батареи, незначительная стоимость за счет малозатратных материалов и, возможно, более простые способы производства.
Известные из уровня техники проблемы решены соответствующим изобретению модулем аккумуляторной батареи с признаками пункта 1 формулы изобретения. При этом было учтено, что наряду с охлаждением, также решающую роль играют корпус и его прочность.
Согласно изобретению модуль аккумуляторной батареи, используемый в качестве источника энергии, содержит корпус модуля аккумуляторной батареи с частями из пластика и несколько призматических элементов аккумуляторной батареи. Элементы аккумуляторной батареи содержат корпус элемента с четырьмя, предпочтительно, металлическими боковыми стенками, из которых две параллельные боковые стенки больше двух других боковых стенок. Корпус элемента аккумуляторной батареи препятствует удалению из элемента электролита или содержащихся в нем растворителей в жидкой или газообразной форме. В противоположность этому, в элементах с твердым электролитом («solid electrolyte» - англ.) можно отказаться от корпуса элемента. Элементы аккумуляторной батареи содержат электролитный раствор, который основан, предпочтительно, на SO2. Такие элементы аккумуляторной батареи с основанным на SO2 электролитом описаны, например, в WO 2011/098233. Предпочтительно, по меньшей мере, положительный электрод содержит активный материал, состав которого включает в себя литий.
Корпус модуля аккумуляторной батареи включает в себя охлаждающую систему с проточной структурой и текучим хладагентом. Хладагент может быть представлен как газом, так и охлаждающей жидкостью. В последующем без ограничения общности понятия «охлаждающая текучая среда» используется термин «охлаждающая жидкость». Корпус модуля аккумуляторной батареи содержит по меньшей мере одно входное отверстие и по меньшей мере один выходное отверстие хладагента, которые находятся в гидродинамическом соединении с проточной структурой охлаждающей системы. Предпочтительно, корпус модуля аккумуляторной батареи содержит точно одно входное отверстие и точно одно выходное отверстие хладагента. Предпочтительно, проточная структура начинается во входном отверстии хладагента и заканчивается в выходном отверстии хладагента корпуса.
Модуль аккумуляторной батареи построен таким образом, что между двумя соседними элементами аккумуляторной батареи размещена перегородка из пластика, которая расположена по существу параллельно большим боковым стенкам элементов аккумуляторной батареи. Канал проточной структуры, по меньшей мере, частично проходит в перегородке и образован посредством выемки перегородки. Выемка перегородки открыта по меньшей мере к одной соседней боковой стенке элемента аккумуляторной батареи. Выемка перегородки получена путем удаления материала из первоначальной перегородки. За счет этого образован односторонне или двусторонне открытый канал. В области выемки толщина перегородки уменьшена по отношению к областям, которые не образованы выемкой. В случае двусторонне открытой выемки никакого материала более не имеется в наличии. Понятие «выемка проточной структуры» следует понимать в указанном смысле.
Между боковой стенкой элемента аккумуляторной батареи и перегородкой расположен пластиковый разделительный слой. Предпочтительно, его материал отличен от материала перегородки. Толщина пластикового разделительного слоя меньше толщины перегородки. Пластиковый разделительный слой расположен таким образом, что образованный посредством выемки канал охлаждающей системы закрыт в перегородке пластиковым разделительным слоем. За счет этого предотвращен выход протекающего в канале проточной структуры хладагента из канала и его непосредственный контакт с боковой стенкой элемента аккумуляторной батареи, которая состоит, предпочтительно, из металла. Тем самым обеспечено отсутствие каких-либо повреждений металлической боковой стенки элемента аккумуляторной батареи со стороны хладагента. Выбор хладагента может быть произведен вне зависимости от его реакции с металлами.
В предпочтительном варианте осуществления перегородка содержит элементы или средства для фиксации и удерживания соседнего элемента аккумуляторной батареи в его положении. Например, этими элементами могут быть крепления, которые задают относительное положение между перегородкой и элементом аккумуляторной батареи. В предпочтительном варианте осуществления перегородка содержит для этого днище перегородки, которое простирается, по меньшей мере, частично под соотнесенным перегородке элементом аккумуляторной батареи. Также предпочтительно, перегородка дополнительно или альтернативно может содержать верхнюю сторону перегородки, которая простирается, по меньшей мере, частично над верхней стороной корпуса элемента аккумуляторной батареи соседнего элемента аккумуляторной батареи. Также предпочтительно, боковая стенка перегородки, входящая в состав перегородки, может служить дополнительно или факультативно для позиционирования элемента аккумуляторной батареи. Наряду с этим, боковая стенка средней части перегородки или боковая стенка распределительной области перегородки может служить как позиционирующее приспособление и крепление для элемента аккумуляторной батареи. В распределительной области проложены распределительный канал и коллекторный канал, а также пропускная выемка для стяжного устройства. Стенка, обозначенная как боковая стенка распределительной области, совместно с боковой стенкой перегородки может фиксировать и удерживать элемент аккумуляторной батареи в его горизонтальном положении. Верхняя сторона перегородки может фиксировать и удерживать элемент аккумуляторной батареи в его вертикальном положении совместно с днищем перегородки. Предпочтительно, верхняя сторона перегородки содержит выемку для доступа электрических присоединений элемента аккумуляторной батареи. Очевидно, только части стенок, верхней стороны или днища могут служить в качестве удерживающих элементов.
Боковая стенка перегородки, боковая стенка распределительной области, днище перегородки и верхняя сторона перегородки образуют, предпочтительно, совместную удерживающую структуру в форме рамки, которая приспособлена к элементам аккумуляторной батареи. В предпочтительном варианте осуществления эта удерживающая структура в форме рамки расположена как на передней стороне, так и на обратной стороне перегородки. Если элемент аккумуляторной батареи позиционируется между двумя перегородками, то он, предпочтительно, полностью окружен перегородками и предусмотренными удерживающими структурами. За счет этого сделано возможным не только надежное и заданное крепление элемента аккумуляторной батареи, но одновременно также обеспечена изоляция корпуса элемента батареи от окружающей среды. Выполненный из металла корпус элемента батареи не имеет, таким образом, контакта с окрестностью корпуса батареи.
Следовательно, перегородка исполняет несколько функций одновременно, а именно изоляции элемента аккумуляторной батареи от окружающей среды и крепления элемента аккумуляторной батареи в заданном положении. Сверх того, несколько перегородок совместно образуют часть корпуса батареи. Прежде всего, по меньшей мере, части боковой стенки корпуса батареи образованы боковыми стенками перегородки. Дополнительно, обеспечено эффективное охлаждение элементов аккумуляторной батареи.
Размещение частей охлаждающей системы в перегородках обладает тем преимуществом, что хладагент привносится в непосредственную близость к элементам аккумуляторной батареи. При этом сделано возможным охлаждение по большой площади, что позволяет снижать температуру элементов аккумуляторной батареи очень эффективно и действенно. Толщина пластикового разделительного слоя между боковой стенкой элемента аккумуляторной батареи и перегородкой поэтому, предпочтительно, существенно меньше толщины перегородки, что обеспечивает возможность более хорошей теплопередачи от обладающей высокой теплопроводностью боковой стенки элемента аккумуляторной батареи к текучему хладагенту в канале перегородки.
Давление пара электролитных растворов, которые основаны на SO2, зависит от доли SO2, которую содержит электролитный раствор, и от температуры. Элементы аккумуляторной батареи, которые содержат такой электролитный раствор, имеют проблему повышения давления в элементе аккумуляторной батареи при повышении температуры, что ведет к расширению корпуса элемента аккумуляторной батареи. Поэтому особенно необходимо особо эффективное охлаждение таких элементов аккумуляторной батареи.
Также проблемой является расширение или же вспучивание электродов во время эксплуатации («swelling» - англ.) в элементах аккумуляторной батареи, как например, в органических литий-полимерных элементах. Также и в элементах аккумуляторной батареи с основанным на SO2 электролитным раствором необходимо учитывать этот феномен. Наряду с охлаждением конструкция батареи должна противодействовать также этому явления за счет восприятия внутреннего давления. Это может производиться, например, стяжным устройством, стяжной лентой, усиленными боковыми стенками или стенками корпуса, такими как усиленная торцевая стенка, или стабильными под давлением перегородками.
Для обеспечения наилучшей теплопередачи толщина пластикового разделительного слоя значительно уступает толщине перегородки. Предпочтительно, толщина пластикового разделительного слоя составляет максимально 20% толщины перегородки. В рамках изобретения было обнаружено, что толщина пластикового разделительного слоя составляет для обеспечения особо хорошей теплопередачи максимально 10%, предпочтительно максимально 5%, более предпочтительно максимально 1%, толщины перегородки. Последующие исследования показали, что толщина пластикового разделительного слоя должна составлять, предпочтительно, максимально 1 мм. Пластиковый разделительный слой толщиной максимально 0,5 мм, предпочтительно максимально 0,1 мм, более предпочтительно максимально 0,01 мм, улучшает теплопередачу еще более. При этом также было показано, что пластиковый разделительный слой должен состоять преимущественно из полиамида. Пластики из полиамидов (ПА) могут быть легко переработаны в полупрозрачные пленки. Материал отличается большой теплостойкостью, а также высокими электрическими изолирующими свойствами. Преимущественно используется продукт полиамид РА66.
Предпочтительно, толщина перегородки значительно больше толщины пластикового разделительного слоя. Предпочтительно, толщина перегородки составляет максимально 20 мм, особо предпочтительно максимально 10 мм и, наиболее предпочтительно максимально 7 мм. Исследования показали, что толщина перегородки может быть уменьшена, предпочтительно, еще более таким образом, что она составляет, предпочтительно максимально 5 мм, особо предпочтительно максимально 4 мм. Прежде всего, предпочтительна толщина 3 мм. Уменьшение толщины перегородки до менее 1 мм не имеет смысла. Предпочтительно, толщина перегородки должна была быть не менее 2 мм. Чем тоньше перегородка может быть реализована, тем выше плотность упаковки в пределах модуля аккумуляторной батареи, то есть, при более тонких перегородках большее количество элементов аккумуляторной батареи может быть объединено в том же самом объеме в корпусе модуля аккумуляторной батареи. Следовательно, тонкая перегородка обеспечивает лучшее использование объема корпуса модуля аккумуляторной батареи.
Разумеется, перегородка не может быть выполнена произвольно тонкой, поскольку она должна выдерживать, с одной стороны, возникающие силы, прежде всего, в элементах аккумуляторной батареи, которые основаны на SO2. Кроме того, должен быть обеспечен достаточный расход охлаждающей текучей среды для реализации требуемой теплопроизводительности. Кроме того, скругленный в поперечном сечении или прямоугольный канал может иметь различные поперечные сечения. Например, должно быть обеспечено протекание, предпочтительно, по меньшей мере одного литра охлаждающей жидкости в минуту, более предпочтительно расход составляет 1,5 л/мин, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1,6 л/мин. Для этого в перегородке должна быть соответствующим образом выполнена проточная структура. Исследования модуля аккумуляторной батареи с 12 элементами, которые расположены в двух рядах, показали в итоге, например, что расход по меньшей мере 2,25 л/мин является наиболее предпочтительным. В общем, в рамках изобретения было обнаружено, что выгоден расход по меньшей мере 0,125 л/мин через элемент аккумуляторной батареи, и особо предпочтительно, расход составляет по меньшей мере 0,18 л/мин через элемент аккумуляторной батареи.
Текучая среда служит для транспортировки тепла к поверхности элементов аккумуляторной батареи или от нее. Вид текучей среды (газообразная или жидкая), ее теплоемкость, входная температура и расход должны быть приспособлены к тепловому балансу элемента аккумуляторной батареи. Тепловой баланс зависит от электрической нагрузки, геометрии элемента и теплоемкостей используемых в элементах материалов. При незначительной электрической нагрузке элемент может охлаждаться посредством газообразной охлаждающей среды, например воздуха. При высоких нагрузках предпочтительно охлаждение с помощью жидкой охлаждающей среды.
Предпочтительна перегородка из пластика, особо предпочтительна из темного пластика, такого как, например, PA6T/6I. Пластиковый разделительный слой, который состоит, предпочтительно, из полупрозрачной пленки РА66, может тогда быть приварен посредством лазерной сварки к перегородке. Пластиковый разделительный слой и перегородка соединяются друг с другом таким образом, что открытые стороны выемок заперты в перегородке, предпочтительно, в зависимости от вида текучей среды, заперты непроницаемо для жидкости и/или непроницаемо для газа.
В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи пластик перегородки является термопластическим. В этом случае перегородку можно изготавливать методом литья под давлением таким образом, что каналы проточной структуры могут быть сформированы почти в любых формах непосредственно в перегородке. Выемка может быть выполнена в перегородке, предпочтительно, в форме меандра. Меандр простирается от нижней области перегородки вплоть до верхней области. За счет этого получена относительно большая поверхность охлаждения, которая граничит с боковой стенкой элемента аккумуляторной батареи и омывается хладагентом. Несмотря на это сохранена прочность перегородки.
Наиболее предпочтительным является меандр канала, который содержит петли меандра, располагающиеся теснее друг к другу в направлении потока охлаждающей среды. Предпочтительно, петли меандра располагаются теснее в верхней области перегородки таким образом, что имеющаяся поверхность теплопередачи увеличивается в направлении вверх. Тем самым хорошее охлаждение обеспечено также в верхней области, несмотря на то, что хладагент на своем пути в направлении потока уже нагрелся, поскольку воспринял тепло соседних элементов аккумуляторной батареи в нижней области перегородки. Подходящим выбором числа и длины петель меандра, а также расстояния между ними может быть достигнуто хорошее и равномерное охлаждение элементов аккумуляторной батареи по всей ее боковой поверхности. Меандры могут быть выполнены также единообразными таким образом, что петли меандра равны друг другу или же имеют одинаковое расстояние друг от друга.
В предпочтительном варианте осуществления в перегородке предусмотрена выемка проточной структуры, которая простирается по всей толщине перегородки. Выемка образует двусторонне открытый канал, который открыт к обеим соседним боковым стенкам элементов аккумуляторной батареи. За счет этого производится эффективное охлаждение обоих соседних элементов аккумуляторной батареи. Перегородка оснащена в этом случае на своей передней стороне и на обратной стороне прокладкой, выполненной для запирания выемки на обеих сторонах для предотвращения выхода из нее хладагента.
В альтернативном, весьма предпочтительном варианте осуществления выемка проточной структуры выполнена в виде односторонне открытого канала и открыта только к одному из соседних элементов аккумуляторной батареи. Предпочтительно, перегородка содержит вторую выемку проточной структуры, которая образует другой односторонне открытый канал, который открыт к противоположной длинной стороне перегородки. Предпочтительно, два открытых в каждом случае к противоположным сторонам каналам расположены по отношению друг к другу со смещением. Оба этих канала также могут быть выполнены в форме меандра.
В особом варианте осуществления соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи находящееся в гидродинамическом соединении с каналом входное отверстие хладагента расположено в перегородке ниже выходного отверстия хладагента. Наиболее предпочтительно, входное отверстие хладагента расположено в нижней половине корпуса модуля аккумуляторной батареи. Наиболее предпочтительно, входное отверстие хладагента и/или выходное отверстие хладагента содержит быстроразъемное соединение. Оно делает возможным простое и приводимое в действие без инструментов присоединение модуля аккумуляторной батареи к внешней охлаждающей системе. Такое быстроразъемное соединение может быть выполнено, например, похожим на употребительные присоединения сжатого воздуха. Как быстроразъемное соединение, так и расположенная в гибкой трубе сопряженная деталь выполнены, предпочтительно, из металла и соединяются простым введением друг в друга с одновременным относительно друг друга уплотнением. В практическом использовании возможны быстрая замена и простой монтаж модуля аккумуляторной батареи. Поскольку не предусмотрено использование какого-либо специального инструмента, охлаждающая система может быть легко отсоединена. Другая возможность быстроразъемного соединения представлена, например, быстроразъемным соединением KV2 производства SMC Corporation of America или выполнением, сходным со штыковым затвором. Быстроразъемное соединение всегда обслуживается без инструмента и не требует завинчивания на несколько оборотов.
В предпочтительном варианте осуществления пластик частей корпуса модуля аккумуляторной батареи армирован волокном, особо предпочтительно армирован стекловолокном. В качестве особо предпочтительного показал себя армированный стекловолокном полиамид. Предпочтительным материалом является, например, полиамид PA 6T/6I. Такие материалы очень хорошо выполняют требования к легкому, не проводящему, стойкому материалу корпуса. Они обладают незначительным весом при одновременно очень высокой прочности. Механические свойства дополнительно повышены при применении армированных стекловолокном пластиков таким образом, что, прежде всего, так называемая ударная прочность отчетливо увеличена, что ведет к повышению надежности при использовании в транспортных средствах. В случае столкновения или аварии, например, при фронтальном ударе, данная батарея в большинстве случаев не повреждается, прежде всего, содержащиеся в корпусе модуля аккумуляторной батареи элементы аккумуляторной батареи остаются, как правило, целыми.
Наряду с этим, армированный стекловолокном полиамид имеет то преимущество, что он защищает не только против действия внешних сил, но и от внутреннего давления, возникающего в элементах аккумуляторной батареи, которые основаны, прежде всего, на SO2. Поскольку такие элементы аккумуляторной батареи во время процесса заряда и процесса разряда нагреваются и расширяются, армированный стекловолокном корпус модуля аккумуляторной батареи одновременно предоставляет также механическую прочность в отношении этого давления таким образом, что корпус, по меньшей мере, частично способен воспринимать соответствующие силы.
Жесткость и прочность корпуса модуля аккумуляторной батареи повышена, предпочтительно, также посредством снабжения торцевых стенок корпуса модуля аккумуляторной батареи ребристой структурой. Передняя стенка и задняя стенка, которые расположены по существу параллельно большим боковым стенкам элементов аккумуляторной батареи, содержат, предпочтительно, поперечные и/или продольные распорки. Они могут быть представлены, например, простирающимися горизонтально и вертикально на внешней стороне стенок ребрами и образовывать сетчатую структуру жесткости.
В предпочтительном варианте осуществления торцевые стенки корпуса модуля аккумуляторной батареи выполнены двухчастными. В этом случае торцевая стенка содержит замыкающую стенку, которая соседствует с внешним элементом аккумуляторной батареи корпуса, и внешнюю стенку, которая образует переднюю стенку или же заднюю стенку корпуса батареи. Предпочтительно, замыкающая стенка содержит односторонне открытую выемку, которая уплотнена на обращенной к элементу аккумуляторной батареи стороне пластиковым разделительным слоем. На обращенной от элемента аккумуляторной батареи стороне замыкающая стенка выполнена, предпочтительно, по существу плоской. Она может содержать выемки, гнезда, выступы или похожие структурные элементы, выполненные для обеспечения ее относительного положения к внешней стенке. Внешняя стенка содержит в этом случае на ее внутренней стороне соответствующие элементы, выполненные для сцепления с установочными элементами замыкающей стенки. Замыкающая стенка и/или торцевая стенка могут содержать в каждом случае также удерживающие элементы для позиционирования и крепления элемента аккумуляторной батареи. Эти удерживающие элементы могут быть образованы на перегородках, например, по меньшей мере, на частях соответствующих боковых стенок, днища, верхней стороны и/или боковой стенки распределительной области и/или на соответствующим структурных элементах (боковая стенка, днище, и т.д.).
Внутренняя сторона внешней стенки в любом случае по существу плоская за исключением соответствующих установочных элементов, которые являются факультативными. Сверх того, она так же, как и замыкающая стенка, может содержать, очевидно, пропускную выемку, распределительный канал и/или коллекторный канал. На внешней стороне внешней стенки могут быть расположены элементы жесткости, которые могут быть образованы распорками или схожими элементами. При двухчастном выполнении торцевой стенки внешняя стенка выполнена, предпочтительно, из пластика или металла, особо предпочтительно из алюминия. Другие виды металла также возможны, например, отливка из алюминия или тому подобное. За счет этого повышена жесткость внешней стенки. Факультативно, внешняя стенка на ее внешней стороне может предусматривать выемки, например, глухие отверстия или птицеподобные глухие выемки. Таким образом, прочности ущерб не причиняется, но вес может быть снижен.
Предпочтительно, входное отверстие хладагента и выходное отверстие хладагента расположены в внешней стенке или торцевой стенке корпуса батареи. Они могут принимать быстроразъемное соединение или другие соединения для присоединения системы хладагента и закрывать с уплотнением контур циркуляции хладагента. Предпочтительно, присоединения для входа хладагента и выхода хладагента расположены как в передней, так и в задней внешней стенке или торцевой стенке. За счет этого обеспечены возможности проточного соединения нескольких корпусов батареи друг с другом и расширения охлаждающей системы на несколько батарей. Если батарея используется в отдельности (автономный вариант), входное отверстие хладагента и выходное отверстие хладагента запираются в этом случае заглушками с уплотнением. Они могут быть, например, представлены пробками и т.п. Предпочтительно, входное отверстие хладагента и выходное отверстие хладагента расположены в противоположных стенках батареи. В этом случае либо входное отверстие хладагента, либо выходное отверстие хладагента заперто заглушкой в каждой внешней стенке или торцевой стенке корпуса батареи. Соответствующая другая сторона содержит заглушку в соответствующем другом входном отверстии или же выходном отверстии.
С целью дальнейшего повышения способности к восприятию возникающих давлений, в предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи несколько элементов аккумуляторной батареи и расположенные между ними перегородки охвачены стяжным устройством. Предпочтительно, стяжное устройство выполнено из металла. Стяжное устройство поддерживает армированный стекловолокном корпус для предотвращения расширения элементов аккумуляторной батареи и, таким образом, всего модуля аккумуляторной батареи.
Наиболее предпочтительно, стяжное устройство включает в себя стяжную ленту, прежде всего металлическую стяжную ленту. Она легко монтируется и используется и одновременно имеет относительно незначительный вес. Кроме того, стяжная лента гибка и может быть приспособлена к различным формам корпуса, что выгодно, прежде всего, при модульном построении модуля аккумуляторной батареи. Наиболее предпочтительным является лазерное сваривание стяжной ленты таким образом, что оба ее конца замыкаются. Концы могут перекрываться таким образом, что образуется достаточно большая поверхность для сваривания. В другом предпочтительном варианте осуществления стяжная лента запирается посредством самоудерживающегося быстродействующего замка. В качестве особо предпочтительного показал себя самоудерживающийся быстродействующий замок, позволяющий простым способом натягивать стяжную ленту вручную или посредством инструмента, такого как, например, зажимные клещи.
Если элементы аккумуляторной батареи расположены в модуле аккумуляторной батареи в двух рядах (стопках), каждый ряд элементов аккумуляторной батареи, а также соответствующие части корпуса может охватывать по одной стяжной ленте. Предпочтительно, корпус модуля аккумуляторной батареи содержит пропускную выемку между рядами элементов батареи (стопками), через которую пропущена стяжная лента. Стяжная лента может быть также двукратно пропущена через пропускную выемку, например, в форме восьмерки. Таким образом, оба ряда могут быть обтянуты лентой. Дополнительно, одна другая стяжная лента может быть натянута вокруг всего модуля аккумуляторной батареи.
В предпочтительном варианте осуществления модуль аккумуляторной батареи построен модульно. Поскольку модуль аккумуляторной батареи включает в себя несколько соединенных элементов аккумуляторной батареи в зависимости от требуемых энерговыделения и уровня напряжения, величина корпуса модуля аккумуляторной батареи варьируется в зависимости от числа элементов аккумуляторной батареи. Предпочтительно, поэтому перегородки на их коротких боковых торцах содержат по одной боковой стенке перегородки, которые, по меньшей мере, частично выступают за малые боковые стенки корпуса элемента батареи. Предпочтительно, боковые стенки перегородки вместе с другими перегородками и их боковыми стенками перегородки образуют боковую стенку корпуса модуля аккумуляторной батареи. Наиболее предпочтительно, соответствующие боковые стенки перегородки соответствуют друг другу таким образом, что они сцепляются друг с другом, и особо предпочтительно, фиксируют друг друга.
В равно предпочтительном варианте осуществления перегородка содержит днище перегородки, которое, по меньшей мере, частично выступает под элементами аккумуляторной батареи и образует, предпочтительно, совместно с другими днищами перегородки днище корпуса модуля аккумуляторной батареи. Предпочтительно, днища перегородок соответствуют друг другу таким образом, что они сцепляются друг с другом, и особо предпочтительно, фиксируют друг друга. Таким образом, путем добавления последующих перегородок, как днище, так и боковые стенки корпуса модуля аккумуляторной батареи могут быть увеличены. Необходим только один конструктивный элемент, а именно перегородка, для продления как днища, так и боковой стенки корпуса модуля аккумуляторной батареи. За счет использования соответствующей формы обеспечен простой монтаж. Одновременно, посредством фиксирующих друг друга перегородок удерживаются располагающиеся между ними элементы аккумуляторной батареи. Прочность корпуса модуля аккумуляторной батареи тем самым еще более повышена.
Такой соответствующий изобретению модуль аккумуляторной батареи используется, предпочтительно, на автомобиле, поскольку он выполняет требуемые в уровне техники требования улучшенным образом. С одной стороны, производится оптимизированное охлаждение элементов аккумуляторной батареи, что позволяет избегать повышения температуры элементов. С другой стороны модуль предлагает повышенную прочность и надежность. Поскольку охлаждение предотвращает сильное повышение температуры батареи, расширение элементов аккумуляторной батареи с основанным на SO2 электролитным раствором также уменьшено или предотвращено. Для восприятия возникающих сил, тем не менее, возможно выполнять корпус модуля аккумуляторной батареи со стекловолоконным армированием. Фиксирование перегородок повышает прочность и дает возможность воспринимать возникающие во время эксплуатации силы. Дополнительно может быть предусмотрено стяжное устройство, например, в форме стяжной ленты. В целом, тем не менее, модуль аккумуляторной батареи не только очень прочен, но имеет также действительно незначительный вес. За счет применения одно- или двусторонне открытых выемок в промежуточном слое и уплотнения образованных тем самым каналов посредством тонкого пластикового разделительного слоя место в пределах корпуса модуля аккумуляторной батареи используется наилучшим образом, что позволяет существенно увеличить энерговыделение на единицу объема. Это достигнуто при одновременном повышении энерговыделения на единицу веса.
Изобретение более подробно разъясняется в последующем при помощи представленных на чертежах отдельных вариантов осуществления. Представленные там особенности могут быть использованы по отдельности или в сочетании для создания предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Описанные варианты осуществления не налагают каких-либо ограничений на заданное пунктами формулы изобретения изобретение в его полноте.
Показано на:
Фиг. 1 общий вид соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи со снятой крышкой,
Фиг. 2А-2В перегородка, которая расположена между двумя соседними элементами аккумуляторной батареи,
Фиг. 3 задняя стенка корпуса модуля аккумуляторной батареи модуля аккумуляторной батареи на фиг. 1,
Фиг. 4 передняя стенка корпуса модуля аккумуляторной батареи модуля аккумуляторной батареи на фиг. 1,
Фиг. 5 общий вид батареи с крышкой,
Фиг. 6А-6Д различные этапы процесса изготовления,
Фиг. 7 защитная крышка модуля аккумуляторной батареи,
Фиг. 8-13 другой равно предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи в подробностях, а именно
Фиг. 8А, Б общий вид модуля аккумуляторной батареи с корпусом, включая крышку,
Фиг. 9А-В два общих вида модуля аккумуляторной батареи без крышки, а также отдельно крышка,
Фиг. 10A, Б перегородка, которая размещена между двумя соседними элементами аккумуляторной батареи,
Фиг. 11А-Г несколько представлений замыкающей стенки, которая образует совместно с внешней стенкой торцевую стенку корпуса,
Фиг. 12А, Б внешняя стенка как часть торцевой стенки,
Фиг. 13А-Г различные этапы построения модуля аккумуляторной батареи.
Фиг. 1 показывает общий вид соответствующего изобретению модуля 1 аккумуляторной батареи без крышки. Модуль 1 аккумуляторной батареи содержит корпус 2 модуля аккумуляторной батареи, который окружен стяжным устройством 3. Стяжное устройство 3 включает в себя две стяжные ленты 4, выполненные из металла.
Модуль 1 аккумуляторной батареи содержит несколько призматических элементов 5 аккумуляторной батареи. Они покрыты сверху защитной крышкой 48, причем электрические присоединения выступают через соответствующие отверстия. В середине защитной крышки факультативно расположено управляющее электронное устройство 47 модуля аккумуляторной батареи, выполненное для управления модулем 1 аккумуляторной батареи.
Элементы 5 аккумуляторной батареи расположены в двух рядах. В каждом ряду расположены шесть элементов 5 аккумуляторной батареи, электрически соединенных друг с другом таким образом, что в целом двенадцатью элементами аккумуляторной батареи достигается номинальное напряжение 38,4 В. Элементы 5 аккумуляторной батареи, которые точнее показаны на фиг. 6Б или 6Г, содержат корпус 6 элемента с четырьмя боковыми стенками 7. Две параллельные боковых стенки 7а, которые обозначены в дальнейшем как продольная стенка, больше других боковых стенок 7b, которые обозначены как фронтальная стенка. Предпочтительно, поверхности больших боковых стенок 7а элемента 5 аккумуляторной батареи по меньшей мере в четыре раза превышают поверхности других боковых стенок (боковая фронтальная стенка 7b). Наиболее предпочтительно, поверхности продольных стенок 7а по меньшей мере в пять раз превышают поверхности фронтальных стенок 7b.
Корпус 2 модуля аккумуляторной батареи состоит из нескольких частей, выполненных из пластика, и включает в себя переднюю стенку 8 (фиг. 4), две боковых стенки 9 корпуса модуля аккумуляторной батареи, а также заднюю стенку 10, выполненную с ребристой структурой, образованной из нескольких поперечных ребер и продольных перегородок (фиг. 3). Корпус 2 модуля аккумуляторной батареи содержит охлаждающую систему с проточной структурой и текучим, предпочтительно, жидким хладагентом. Не показанная здесь проточная структура находится в гидродинамическом соединении с входным отверстием 11 хладагента и выходном отверстием 12 хладагента в корпусе 2 модуля аккумуляторной батареи, которые расположены в каждом случае в передней стенке 8.
В пределах корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи элементы 5 аккумуляторной батареи размещены таким образом, что между каждыми двумя элементами аккумуляторной батареи, обращенными своими длинными сторонами 7а друг к другу, расположено по одной перегородке, выполненной из пластика, предпочтительно из термопластического пластика (фиг. 2А, 2Б). Перегородка 13 расположена параллельно большим боковым стенкам (продольная стенка 7а) корпуса 6 элемента батареи.
Фиг. 2А и 2Б подробно показывают перегородку 13. Она построена, предпочтительно, симметрично, для охвата в каждом случае двух элемента аккумуляторной батареи 5 на каждой стороне. Очевидно, также возможны несимметричные перегородки, если элементы аккумуляторной батареи расположены только в одном ряду или подача охлаждающей текучей среды производится не центрально, например сбоку. При этом элементы 5 аккумуляторной батареи заключены между средней частью 14 и в каждом случае одной боковой стенкой 15 перегородки, которая расположена в торце 16 перегородки 13. Такая предпочтительная перегородка 13 разделяет в целом четыре соседних элемента 5 аккумуляторной батареи друг от друга.
Предпочтительно, боковая стенка 15 перегородки выполнена профилированной таким образом, что она соответствует боковым стенкам 15 перегородки соседних перегородок 13 и способна сцепляться с ними. При этом боковая стенка 15 перегородки частично превосходит по размеру соседние элементы аккумуляторной батареи 5. Предпочтительно, она содержит зубчатую структуру, которая содержит несколько зубцов 17. Зубцы 17 на конце боковой стенки 15 перегородки соответствуют впадинам 18 между зубцами 17, образованным на другом конце боковой стенки 15 перегородки таким образом, что соседние перегородки 13 могут входить в зацепление. Зубцы 17 и впадины 18 могут факультативно содержать дополнительные фиксирующие элементы для обеспечения фиксирования перегородок 13 и дальнейшего увеличения прочности корпуса.
Боковая стенка 15 перегородки разделена на три части, причем ее толщина уменьшена в средней части по сравнению с толщиной в верхней и нижней части боковой стенки 15 перегородки. За счет этого образована направляющая 19 для стяжной ленты 4.
Средняя часть 14 на показанной на фиг. 2А передней стороне 20 выполнена в форме подобной отбортовке втулки 21, которая соответствует штекеру 22 на обратной стороне 28 перегородки 13 (фиг. 2Б). Втулка 21 включает в себя распределительный канал 23 в его нижнем конце, коллекторный канал 24, а также расположенную между обоими каналами 23, 24 пропускную выемку 25. При монтаже корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи несколько соседних перегородок 13 собираются таким образом, что вставные части распределительного канала 23 и коллекторного канала 24 на обратной стороне 28 перегородки 13 вставляются в приемные части распределительного канала 23 или же коллекторного канала 24. Показанные на фиг. 2Б вставные стенки 22а и 22b соответствуют промежуткам, образованным между стенками 21а и 21b канала и отбортовкой 26 средней части 14. За счет этого могут быть удлинены каналы охлаждающей системы 27, причем втулка 21 и штекер 22 точно входят друг в друга с уплотнением.
Перегородка 13 содержит на передней стороне 20 и обратной стороне 28 по две зоны охлаждения, которые расположены в каждом случае между средней частью 14 и боковыми стенками 15 перегородки. В зоне охлаждения расположен канал 31 проточной структуры 32, которой является частью охлаждающей системы 27 корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи. Канал 31 образован посредством выемки 33 перегородки 13. В показанном здесь предпочтительном варианте осуществления выемка 33 выполнена в виде односторонне открытого канала 31, причем канал 31 открыт в каждом случае к соседнему элементу аккумуляторной батареи.
Как на передней стороне 20, так и на обратной стороне 28 перегородки 13 расположено по одному односторонне открытому каналу 31. Каналы 31 содержат на переднем конце 34 присоединение к распределительному каналу 23 и на их заднем конце 35 присоединение к коллекторному каналу 24. В показанном выполнении согласно фиг. 2 на переднем и на заднем конце 34, 35 показаны в каждом случае расширения, выполненные лишь по технологическим причинам. На концах 34, 35 канала 31 в расширениях расположено по одному проходу 36, который осуществляет гидродинамическом соединении с распределительным каналом 23 или же с коллекторным каналом 24. Проход 36 используется обоими каналами 31, которые расположены в соответствующей зоне охлаждения 30 на передней стороне 20 и на обратной стороне 28.
Каналы 31 выполнены в каждом случае в форме меандра и имеют несколько петель меандра. Канал 31 на передней стороне 20 немного смещен вниз по отношению к каналу 31 на обратной стороне 28, причем оба канала 31 пересекаются в точках поворота петли меандра. Соединение обоих каналов 31 в петлях меандра не является вредным. Оно приводит лишь к перемешиванию охлаждающей жидкости, однако направление потока сохраняется.
Каналы 31 выполнены таким образом, что петли меандра располагаются теснее друг к другу в направлении снизу вверх и, таким образом, теснее в направлении потока (стрелка 37) хладагента. Еще неиспользованная охлаждающая жидкость из распределительного канала 23 втекает на переднем конце 34 в канал 31. Отвод тепла от элементов аккумуляторной батареи здесь очень хорош. По мере продвижения в направлении потока охлаждающий эффект хладагента убывает, что компенсируется более тесно расположенными петлями меандра канала 31 таким образом, что равномерное охлаждение производится по всей зоне 30 охлаждения.
Зоны 30 охлаждения перегородки 13 покрыты пластиковым разделительным слоем 38 из полиамида. Предпочтительно, слой представлен прозрачной пленкой РА66, которая приварена посредством лазера к зонам 30 охлаждения. Для оптимизации процесса лазерной сварки перегородка 13 произведена, предпочтительно, из темного пластика.
На фиг. 2А и 2Б показано, что перегородка 13 содержит днище 39 перегородки, которое на обратной стороне 28 накладки 13 содержит три профильных замковых выступа 40. Эти замковые выступы 40 сцепляются с фиксирующими утолщениями под соседней перегородкой 13 таким образом, что перегородки 13 фиксируются относительно друг друга. На верхней стороне перегородки 13 простирается на обратной стороне 28 фиксирующий язычок 56, который расположен поверх средней части 14. Фиксирующая защелка 55 и фиксирующий язычок 56 соседних перегородок сцепляются и удерживают стенки 13 в их положениях. Модульное построение корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи обеспечивает не только большую гибкость и простую дооснащаемость, но одновременно также достижение высокой прочности, поскольку отдельные перегородки 13 могут фиксироваться друг относительно друга.
Фиг. 2В показывает частичный чертеж разреза зоны 30 охлаждения перегородки 13. Наряду с перегородкой 13 также показаны пластиковые разделительные слои 38, а также боковые стенки 7 корпуса 6 элемента соседних элементов 5 аккумуляторной батареи.
Отчетливо видно, что оба односторонне открытых канала 31а, 31b проточной структуры 32 в перегородке 13 расположены со смещением друг относительно друга. Вырез на фиг. 2В показывает каналы в верхней области зоны 30 охлаждения, в которой петли меандра уже тесно лежат рядом друг с другом. Каналы 31а, 31b покрыты и заперты в каждом случае на их открытых сторонах прокладкой 38. Пластиковый разделительный слой 38 имеет существенно меньшую толщину, чем перегородка 13. Вследствие этого обеспечена хорошая теплопередача от боковой стенки 7 элемента аккумуляторной батареи к хладагенту в канале 31.
Фиг. 3 показывает заднюю стенку 10 корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи. Она в своем построении походит на перегородку 13. Ее передняя сторона 20 соответствует передней стороне 20 перегородки 13. Задняя стенка 10 имеет пропускную выемку 25 для стяжного устройства или стяжной ленты, которая простирается через соответствующую выемку перегородки 13. Разумеется, только один канал 31 имеется в наличии в задней стенке 10 в каждой зоне охлаждения 30 соответственно. Канал 31 открыт к внутренней стороне задней стенки 10. С этой стороны канал заперт пластиковым разделительным слоем 38. Поэтому толщина задней стенки 10, предпочтительно, уступает толщине перегородки 13. Распределительный канал 23 и коллекторный канал 24 для охлаждающей жидкости выполнены в каждом случае в виде наконечника и не имеют проходных отверстий, как в перегородках. Охлаждающая жидкость поступает из распределительного канала 23 исключительно в оба канала 31 задней стенки 10 и оттуда - в коллекторный канал 24.
На внешней стороне задняя стенка 10 содержит нескольких усилительных элементов 41 в форме поперечных и продольных распорок. Поперечные распорки выполнены, предпочтительно, в виде вертикальных ребер 42. Усилительные элементы 41 на внешней стороне задней стенки 10, предпочтительно, соответствуют усилительным элементам 41 на передней стенке 8, которая показана на фиг. 4. Эти усилительные элементы 41 распределены в данном варианте осуществления по внешней стороне стенки 8 в виде вертикальных и горизонтальных ребер 42 для противодействия деформациям. Они одновременно служат восприятию давления для противодействия возникающему внутри корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи давлению, а также увеличению прочности корпуса. Факультативно, торцевые стенки (передняя стенка 8 и задняя стенка 10) выполнены более прочными, чем перегородки 13, если имеются высокие давления и требуется большая прочность.
Передняя стенка 8 построена аналогично задней стенке 10. Она также содержит каналы 31 только на одном уровне, а именно на ее внутренней стороне. Каналы 31 открыты, предпочтительно, к внутренней стороне и заперты с этой стороны, подобно каналам 31 в перегородках 13, пластиковым разделительным слоем 38. Исключено расположение в толще стенки 8 лежащих сбоку друг от друга каналов 31.
Подобно задней стенке 10, также и передняя стенка 8 имеет пропускную выемку 25 для стяжной ленты 4. В отличие от задней стенки 10, передняя стенка 8 на своей внешней стороне дополнительно содержит входное отверстие 11 хладагента, а также выходное отверстие 12 хладагента. В предпочтительном варианте осуществления входное отверстие 11 хладагента и выходное отверстие 12 хладагента содержат быстроразъемное соединение 58, как его можно видеть также на фиг. 5. Быстроразъемное соединение 58 служит для простого, приводимого в действие без инструмента присоединения к внешней охлаждающей системе с помощью охлаждающей гибкой трубы. За счет выбора подходящего материала охлаждающей системы, включая переднюю стенку 8, заднюю стенку 10 и перегородки 13, возможно осуществлять охлаждение не только водой, но и другой охлаждающей жидкостью, например смесями воды и гликоля. Например, при применении модуля аккумуляторной батареи в транспортном средстве могут применяться хладагенты, используемые в других устройствах охлаждения, таких как, например, кондиционеры. Применение газообразных охлаждающих сред также возможно, могут быть использованы, например, воздух или также SO2.
На фиг. 4 и 5 видно, что передняя стенка 8 содержит два гнезда 43, в которых расположены электрические присоединения 44. Они защищены покрытием.
На фиг. 5 показан по причинам наглядности модуль 1 аккумуляторной батареи только с одной стяжной лентой 4, которая окружает ряд элементов 5 аккумуляторной батареи и соответствующие части корпуса. Стяжная лента 4 пропущена через пропускную выемку 25 между рядами элементов батареи и обтягивает часть передней стенки 8 и задней стенки 10, а также одну боковую стенку 9 модуля аккумуляторной батареи. Стяжная лента направляется с помощью ребристых усилительных элементов 41, 42.
Модуль 1 аккумуляторной батареи закрыт крышкой 45, которая защищает находящиеся внизу части и конструктивные элементы, как, например, управляющее электронное устройство 47 модуля аккумуляторной батареи. Управляющее электронное устройство 47 модуля аккумуляторной батареи может быть расположено в корпусе 2 модуля аккумуляторной батареи или в крышке. Наиболее предпочтительным является его расположение поверх защитной крышки 48 (фиг. 1).
Защитная крышка 48 выполнена из пластика и расположена поверх перегородок 13 и элементов 5 аккумуляторной батареи. Она закреплена посредством стопорных крючков 49 (фиг. 2А и 2Б) к верхней стороне перегородок 13. Тем самым повышена прочность всего корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи.
Показанная на фиг. 7 защитная крышка 48 содержит соответствующие отверстия 60 для электрических присоединений 59 элементов 5 аккумуляторной батареи, отверстия 52 для заливочного патрубка 46 электролита (фиг. 6b) для наполнения элементов 5 аккумуляторной батареи электролитом, а также последующие отверстия 53, расположенные поверх выполненных в форме предохранительных мембран 50 (фиг. 6Б) отверстий избыточного давления элементов 5 аккумуляторной батареи. Заливочные патрубки 46 электролита элементов 5 аккумуляторной батареи выполнены в форме трубок, которые простирается через заливочное отверстие 52 защитной крышки 48. Вокруг заливочного отверстия 52 предусмотрено желобообразное углубление 61 для принятия излишней электролитной жидкости, если она выходит при наполнении. Недопустимо попадание электролитной жидкости на корпус 6 элемента батареи, и она должна быть удалена во время монтажа или после наполнения соответствующего элемента аккумуляторной батареи. Является особо выгодным наполнение элементов 5 аккумуляторной батареи только после их монтажа в корпусе 2 модуля аккумуляторной батареи.
На верхней стороне защитная крышка 48 содержит несколько рамок в форме отбортовки 54, которые расположены между заливочным отверстием 52 и проходными отверстиями 60 для электрических присоединений 59 элементов 5 аккумуляторной батареи, и возвышаются над отверстиями 53 предохранительных мембран защитной крышки 48. Подобная отбортовке рамка 54 уплотнена по отношению крышки 45 таким образом, что в случае избыточного давления при разрыве предохранительной мембраны 50, выходящие газы удерживаются в пределах рамки 54 и не выходят бесконтрольно в окружающую среду. По сравнению с известными устройствами для сбора выходящих из элементов аккумуляторной батареи газов, такими как, например, в US 5,643,691 или US 7,504,175 В2, выполнение рамки в форме отбортовки очень эффективно и одновременно очень просто конструктивно. Образованная рамкой 54 и крышкой 45 корпуса сборная камера надежно принимает выходящие газы.
Факультативно, корпус 2 модуля аккумуляторной батареи может содержать в крышке 45 два выпускных клапана для направления собранных в подобной отбортовке рамке 54 газов наружу. При определенных условиях отведение газов в окружающую среду происходит контролируемо, например, в окрестность вне транспортного средства или другого места применения модуля аккумуляторной батареи. Альтернативно, газы могут быть собраны также во внешнем сборном контейнере.
Поскольку соседние элементы 5 аккумуляторной батареи расположены в каждом случае повернутыми на угол около 180°, чтобы в каждом случае положительный полюс располагался рядом с отрицательным полюсом соседних элементов аккумуляторной батареи, нецентральные предохранительные мембраны 50 также расположены попеременно справа или же слева от заливочного патрубка 46 электролита. Поэтому защитная крышка 48 содержит в целом четыре подобные отбортовке рамки 54.
На фиг. 6А-6Д пояснен процесс монтажа модуля 1 аккумуляторной батареи. Прежде всего монтаж начинается с того, что задняя стенка 10 укладывается ее внешней стороной на основание (фиг. 6А). Затем два одинаково ориентированных элемента 5 аккумуляторной батареи укладываются в гнезда, образованные между средней частью 14 и боковыми стенками (фиг. 6Б).
На следующем этапе (фиг. 6В) перегородка 13 укладывается на элементы 5 аккумуляторной батареи и скрепляется с задней стенкой 10. При этом штекер 22 перегородки 13 простирается во втулку 21 задней стенки 10 таким образом, что соответствующие участки распределительного канала 23 и участки коллекторного канала 24 соединяются друг с другом с уплотнением. Зубцы 17 и впадины 18 боковых стенок перегородки 15 сцепляются и образуют часть боковой стенки корпуса модуля аккумуляторной батареи.
На следующем этапе монтажа два последующих элемента аккумуляторной батареи 5 укладываются на перегородку 13, причем в каждой стопке элементы 5 аккумуляторной батареи расположены таким образом, что в каждом случае один положительный полюс нижнего элемента 5 соседствует с отрицательным полюсом верхнего элемента 5. Затем производится укладка последующей перегородки 13 до тех пор, пока не будут уложены один за другим в целом два ряда с шестью элементами 5 аккумуляторной батареи в каждом. Соседние перегородки 13 фиксируются друг с другом попарно. При фиксировании фиксирующая защелка 55 перегородки 13 сцепляется с фиксирующим язычком 56 последующей перегородки 13. Далее производится фиксирование днищ соседних перегородок 13.
Также производится скрепление перегородки и торцевых стенок. В качестве последнего этапа производится монтаж передней стенки 8, которая располагается на последнем уровне элементов 5 аккумуляторной батареи и фиксируется с находящейся внизу перегородкой 13 (фиг. 6Г). Боковая стенка 9 корпуса модуля аккумуляторной батареи, а также (не показанное) днище корпуса модуля аккумуляторной батареи образуются в результате монтажа передней стенки 8, перегородок 13 и задней стенки 10. Для дальнейшего повышения прочности корпуса модуля 2 аккумуляторной батареи размещается стяжное устройство 3, которое состоит из двух стяжных лент 4. Каждая лента 4 обтягивается вокруг в каждом случае одного ряда (стопки) элементов аккумуляторной батареи, причем стяжная лента 4 проходит через соответствующие пропускные выемки 25, и в средней области боковой стенки входит в направляющую 19.
На фиг. 6Г показано, как соседние перегородки 13 фиксируются в верхнем конце друг с другом. В качестве дополнительного фиксирования фиксирующая защелка 55 захватывает в верхнем конце втулки 21 соответствующий фиксирующий язычок 56 перегородки 13.
Наконец, фиг. 6Д показывает корпус 2 модуля аккумуляторной батареи со смонтированной защитной крышкой 48. Для окончательного изготовления модуля 1 аккумуляторной батареи еще не подсоединенные полюса (электрические присоединения 59) элементов 5 аккумуляторной батареи соединяются друг с другом, а также монтируются соединительные клеммы 44 модуля 1 аккумуляторной батареи.
Факультативно, управляющее электронное устройство 47 модуля аккумуляторной батареи размещается в среднем гнезде 57 защитной крышки 48. Установка крышки 45 завершает монтаж.
Факультативно, предусмотрено электрическое присоединение в крышке 45 корпуса 2 модуля аккумуляторной батареи для управляющего электронного устройства 47 модуля аккумуляторной батареи. Присоединение может быть, например, представлено шиной, такой как шина CAN.
Для получения более высоких напряжений и/или мощностей, несколько модулей 1 батареи могут быть соединены, например, в транспортном средстве. Полученная батарея состоит в таком случае из одного или нескольких модулей 1 батареи. Элементами аккумуляторной батареи, модулем аккумуляторной батареи или же всей батареей можно управлять по отдельности или в сочетании. Например, может быть произведено отключение отдельных модулей батареи по причинам технической безопасности. Также шунтированием соответствующих модулей батареи можно управлять посредством управляющего электронного устройства модуля аккумуляторной батареи или управляющего электронного устройства аккумуляторной батареи. Например, посредством подходящего соединения элементов 5 аккумуляторной батареи в модуле 1 аккумуляторной батареи и соответствующего управления посредством управляющего электронного устройства 47 модуля аккумуляторной батареи и/или управляющего электронного устройства аккумуляторной батареи можно реализовать схему с блокировкой, как она раскрыта, например, в WO 2011/095630 А1.
Модуль аккумуляторной батареи может быть смонтирован, например, в транспортном средстве, и соединен там с другими модулями батареи и/или присоединен к электронному устройству транспортного средства. Дополнительно также производится присоединение к собственной охлаждающей системе транспортного средства, посредством присоединения гибкой трубы хладагента к входному отверстию 11 хладагента, а также другой трубы к выходному отверстию 12 хладагента.
Соответствующий изобретению модуль аккумуляторной батареи может быть использован не только в транспортном средстве. Модуль аккумуляторной батареи может быть использован, например, также для хранения энергии и для подачи питания в сети среднего и/или низкого напряжения, или для децентрализованного хранения энергии в сочетании с устройствами для получения регенеративной энергии. Согласно изобретению модули аккумуляторной батареи могут применяться, например, также в качестве источников бесперебойного электроснабжения (ИБС) или в качестве источников аварийного электроснабжения. Возможной другой областью применения является стабилизация изолированных сетей. Предпочтительно, при этом несколько модулей батареи соединяются друг с другом. Требуемые показатели энергоемкости, уровней напряжения или нужной силы тока отображаются в таком случае в конфигурации отдельных модулей батареи и во внутреннем расположении элементов аккумуляторной батареи.
Очевидно, модули аккумуляторной батареи могут быть построены не только в показанной здесь конфигурации. С одной стороны, несколько элементов аккумуляторной батареи могут быть скомбинированы друг с другом таким образом, что при двухрядном расположении элементов 5 аккумуляторной батареи, будут получены модули, например, с тремя, четырьмя или девятью элементами аккумуляторной батареи, расположенными в каждом из двух рядов. Факультативно, может быть построен модуль аккумуляторной батареи, который содержит только один ряд элементов 5 аккумуляторной батареи, в таком случае, например, шесть, девять, двенадцать или 18 элементов могут быть скомбинированы друг с другом. Предпочтительный вариант осуществления, в котором шесть элементов скомбинированы в ряду, ниже описан далее. В случае однорядного расположения элементов 5 аккумуляторной батареи распределительный канал 23 и коллекторный канал 24 расположены на стороне элементов 5 аккумуляторной батареи. Распределительная система хладагента должна быть приспособлена в таком случае соответствующим образом.
В рамках изобретения рассмотрен более подробно модуль 1 аккумуляторной батареи с двенадцатью электрически последовательно соединенными элементами 5 аккумуляторной батареи. Элементы 5 аккумуляторной батареи расположены в двух рядах по шесть элементов 5. Было обнаружено, что проточная структура 32 охлаждающей системы, предпочтительно выполняется в корпусе 2 модуля аккумуляторной батареи таким образом, что внешний насос охлаждающей жидкости с соответствующим образом заданной производительностью обеспечивает в пределах канала 31 в корпусе модуля 2 аккумуляторной батареи протекание охлаждающей жидкости с расходом по меньшей мере 1 л в минуту, а предпочтительно, по меньшей мере 1,5 л в минуту. В особом варианте осуществления расход составляет, по меньшей мере 1,6 л в минуту.
Исследования показали, например, что при таком расходе температура в элементах может быть поддержана на максимуме 40°С, при условии поддержания температуры охлаждающей жидкости 25°С. В неохлажденном состоянии температура элемента аккумуляторной батареи, электролитный раствор которого основан на SO2, возрастала бы до более чем 60°С, при постоянном разрядном токе 100 А. Возникающее давление передается на корпус 6 элемента батареи и на корпус 2 модуля аккумуляторной батареи таким образом, что при неохлаждаемой эксплуатации модуля аккумуляторной батареи могут возникать деформации более 2,5 мм, местами до 3 мм. Возникновения таких усилий предотвращают за счет эффективного охлаждения. Повреждение или деформация корпуса модуля аккумуляторной батареи предотвращается также стяжным устройством.
Фиг. 8-13 показывают последующий, альтернативный, однако равно предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению модуля аккумуляторной батареи. В этом варианте осуществления отдельные элементы аккумуляторной батареи расположены лишь в одном ряду, а не в двух расположенных сбоку рядах, как в предыдущем варианте осуществления согласно фиг. 1-7. В этом варианте осуществления батареи в ряду также расположены шесть элементов 5 аккумуляторной батареи, причем элементы аккумуляторной батареи электрически соединены друг с другом таким образом, что в целом может быть достигнуто номинальное напряжение 19,2 В.
На фиг. 8А показан вид спереди модуля 1 аккумуляторной батареи, который содержит корпус 2 модуля аккумуляторной батареи. Корпус 2 модуля аккумуляторной батареи включает в себя несколько частей из пластика, которые образованы несколькими перегородками 13, а также передней торцевой стенкой 8 и задней торцевой стенкой 10. Отдельные стенки окружены тремя стяжными лентами 4 из металла, которые образуют стяжное устройство 3.
Торцевые стенки 8, 10 образованы соответственно замыкающей стенкой 70 и внешней стенкой 71, которые показаны на фиг. 11 и 12. Все стенки (замыкающая стенка 70, внешняя стенка 71, перегородка 13) содержат для каждой стяжной ленты 4 пропускную выемку, через которую проходит стяжная лента 4. На отстоящей от пропускной выемки 25 боковой стенке внешней стенки 71 для каждой стяжной ленты 4 выполнено на внешнем углу направляющее скругление 72 для направления стяжной ленты 4 и устранения острой кромки. Обе замыкающие стенки 70, а также перегородки 13 содержат на их сторонах или же на их торцах 16 направляющую выемку 73, которая ориентирует стяжную ленту 4 в боковом направлении.
Фиг. 8А и 8Б показывают, что присоединения для хладагента выполнены по бокам. Входное отверстие 11 хладагента расположено в нижней половине модуля 1 аккумуляторной батареи, в то время как выходное отверстие 12 хладагента выполнено в верхней части. Входное отверстие 11 хладагента и выходное отверстие 12 хладагента выполнены в каждом случае в виде круглых отверстий с отбортовкой. В них вводится соединительная деталь, что делает возможным присоединение к системе хладагента. Предпочтительно, соединительные детали выполнены таким образом, что система хладагента может быть присоединена посредством быстроразъемного соединения.
Альтернативно, отдельные присоединения для хладагента могут также запираться заглушками, например уплотняющей пробкой, глухой пробкой или другой подходящей заглушкой. Если батарея используется как отдельный источник энергии, то входное отверстие 11 хладагента соединяется с системой хладагента на передней стороне 8. Выходное отверстие хладагента 12 на передней стороне 8 запирается пробкой. На обратной стороне входное отверстие 11 хладагента запирается пробкой, в то время как выходное отверстие 12 хладагента присоединяется к системе хладагента. За счет этого обеспечен однородный и равномерный поток хладагента через корпус 2 модуля аккумуляторной батареи.
Если несколько батарей проточно соединены, во входное отверстие 11 хладагента или же в выходное отверстие 12 хладагента на каждой стороне введен соединительный элемент или соединитель, который осуществляет присоединение с уплотнением для входа 11 хладагента и выхода 12 хладагента. Соединитель может быть представлен, например, так называемым вставным самоуплотняющимся соединителем, таким как производимый компанией Freudenberg. Такой соединитель представляет собой цилиндрическую трубу, которая снабжена оболочкой из пластика, например, резиновым покрытием, и образует как гидродинамическое соединение между двумя соседними модулями 1 батареи, так и уплотнение по отношению к окружающей среде. Таким образом, распределительный канал 23 и коллекторный канал 24 двух батарей 1 соединяются друг с другом. Также в этом случае в первой батарее 1 выходное отверстие 12 хладагента на передней стороне 8 заперто пробкой. На последней батарее соединенного ряда батарей входное отверстие 11 хладагента на обратной стороне 10 заперто. Входное отверстие 11 хладагента на передней стороне 8 первой батареи присоединяется к системе хладагента, таким же способом, как и выходное отверстие 12 хладагента на обратной стороне 10 последней батареи 1.
Фиг. 8Б показывает обратную сторону модуля 1 аккумуляторной батареи. Стяжная лента 4 замкнута в каждом случае обоими своими концами. В показанном здесь варианте осуществления концы стяжной ленты 4 обжаты относительно друг друга. Обжим производится, предпочтительно, при помощи инструмента, например, специальных обжимных клещей.
За счет этого можно замыкать стяжную ленту 4 быстро и просто, причем можно достичь нужного напряжения стяжной ленты 4. При автоматизированном замыкании стяжной ленты данный процесс может производиться посредством автоматического инструмента.
Крышка 45 закрывает с уплотнением корпус 2 батареи. На ее передней стороне (фиг. 8А) крышка 45 содержит присоединение 74 электронного устройства таким образом, что управляющее электронное устройство 47 аккумуляторной батареи может быть соединено с внешним управляющим устройством или с другими управляющими электронными устройствами аккумуляторной батареи последующих модулей батареи.
С боковой стороны в крышке 45 расположено устройство 75 присоединения, которое принимает удаляющиеся газы в случае неисправности элементов 5 аккумуляторной батареи и направляет их в сборное устройство, в котором газы могут быть абсорбированы, нейтрализованы или сохранены.
Фиг. 9А и 9Б показывают модуль 1 аккумуляторной батареи со снятой крышкой 45. Фиг. 9Б показывает шесть элементов 5 аккумуляторной батареи с их электрическими присоединениями 59, предохранительными мембранами 50, а также заливочными патрубками 46 электролита. Фиг. 9В показывает крышку 45.
Покровная пленка 78, которая соответствует защитной крышке 48 по первому варианту осуществления, покрывает верхнюю сторону элементов 5 аккумуляторной батареи. Она содержит несколько проемов, через которые простираются электрические присоединения 59 элементов 5 аккумуляторной батареи. Покровная пленка 78 предоставляет электрическую изоляцию по отношению к окружающей среде. Факультативно могут быть предусмотрены в покровной пленке 78 другие проемы, которые, предпочтительно, соответствуют предохранительным мембранам 50 элементов 5 аккумуляторной батареи таким образом, что в случае неисправности при раскрытии предохранительной мембраны 50 возникающие газы могут удаляться из поврежденных элементов аккумуляторной батареи во внутреннее пространство крышки 45. При отсутствии каких-либо проемов газы ниже покровной пленки 78 удаляются поверх ее краев, поскольку покровная пленка 78 покоится лишь на элементах 5 аккумуляторной батареи и верхних сторонах перегородок 13.
Выходящие газы заперты крышкой батареи 45, поскольку крышка 45 присоединена с уплотнением к корпусу 2 батареи. Для этого предусмотрено уплотнение 80 на нижней стороне крышки, как показано на фиг. 9В.
Внешние стенки 71 корпуса 2 батареи содержат несколько отверстий на их верхней стороне для привинчивания электрической панели 76 для подключения. Панель 76 для подключения предпочтительно представляет собой медную шину и содержит электрическое присоединение 44, выполненное для отведения напряжения батареи. Панель 76 для подключения обрамлена державкой 77 из пластика для создания электрической изоляции. Отдельные элементы 5 аккумуляторной батареи последовательно соединены друг с другом посредством соединительных клемм 79. Одна из медных шин 76 соединена с соединительной клеммой 79 первого элемента аккумуляторной батареи последовательного включения. Другая медная шина 76 соединена с соединительной клеммой 79 последнего элемента 5 аккумуляторной батареи последовательного включения на полюсном выводе аккумуляторной батареи, противоположном по отношению к первому элементу аккумуляторной батареи.
Крышка батареи 45 привинчена к корпусу 2 батареи, причем винты завинчиваются через крепежные отверстия 81 в крышке 45 в крепежные расточки 82 в внешней стенке 71. Два винта завинчиваются непосредственно в крепежные расточки 82а. Два последующих винта завинчиваются через проходные отверстия 83 в державке 77 в крепежные расточки 82b в внешней стенке 71. Крепежные отверстия 81 в крышке содержат для этого цилиндрические фланцы 81а, которые выступают в проходные отверстия 83. Предпочтительно, крепежные отверстия 81 усилены в крышке 45 металлической оболочкой.
Предпочтительно, показанное на фиг. 9В устройство присоединения 75 содержит обратный клапан для дегазации, обеспечивающий выход газов из крышки, однако, предотвращающий их попадание в образованные в крышке 45 полости. Этот аспект важен для предотвращения при межсоединении нескольких модулей 1 батареи попадания удаляемых из неисправного модуля 1 аккумуляторной батареи газов в функционирующие, исправные модули 1 батареи, где они могут привести к повреждениям.
Фиг. 10А и 10Б показывают перегородку 13 спереди или сзади. Расположенный в зоне 30 охлаждения охлаждающий канал 31 выполнен в форме меандра. Меандры, в противоположность первому варианту осуществления, выполнены равномерными, расстояние между отдельными меандрами здесь постоянно. На своем переднем конце 34 канал 31 содержит соединение с распределительным каналом 23, в то время как на своем заднем конце 35 имеет присоединение к коллекторному каналу 24. Хладагент течет от расположенного, предпочтительно, в нижней части перегородки 13 переднего конца 34 через канал 31 к заднему концу 35, расположенному, предпочтительно, в верхней части перегородки. Предпочтительно, задний конец 35 расположен, во всяком случае, ближе к верхней стороне 90 перегородки 13, чем передний конец 34. Канал 31 представлен в данном предпочтительном варианте осуществления двусторонне открытой выемкой 33. Он может альтернативно также быть открыт односторонне.
В распределительной области 84 для хладагента расположены наряду с распределительным каналом 23 и коллекторным каналом 24 также три пропускных выемки 25, через которые проходит стяжная лента 4. На передней стороне 20 перегородки 13 каждый из числа распределительного канала 23 и коллекторного канала 24 содержит по одной окружной выточке 85, выполненной для размещения в ней уплотнения. Уплотнение обеспечивает такую герметизацию распределительного канала 23 и коллекторного канала 24 между двумя соседними перегородками 13, что предотвращено какое-либо просачивание хладагента или текучей среды (как газа, так и жидкости). Распределительная область 84 при расположении элементов 5 аккумуляторной батареи в одном ряду соответствует, предпочтительно, средней части 14 при двухрядном расположении элементов 5.
На обратной стороне 28 (фиг. 10Б) стенка распределительного канала 23 и коллекторного канала 24 плоская, что позволяет размещенному в выточке уплотнения 85 уплотнению герметично изолировать плоскую верхнюю сторону стенки.
В зоне охлаждения 30 предусмотрено окружное возвышение 86 в форме низкого валика, который обрамляет канал 31. Не показанный здесь пластиковый разделительный слой наложен на переднюю сторону 20 и на обратную сторону 28 перегородки 13 и располагается таким образом, что пластиковый разделительный слой 38 двусторонне закрывает открытую выемку 33. Слой прилегает к возвышению 86 и соединен с ним с уплотнением, например, сваркой. В процессе сваривания возвышение 86 расплавляется таким образом, что пластиковый разделительный слой 38 прилегает по существу плоско и непосредственно к передней стороне 20 или же к обратной стороне 28. За счет этого обеспечено поступление хладагента (охлаждающей текучей среды) в канал 31 и предотвращено его вытекание из канала 31. Возвышение 86 перед его соединением с пластиковым разделительным слоем 38 имеет высоту, предпочтительно максимально 5 мм, особо предпочтительно максимально 3 мм, наиболее предпочтительно максимально 1 мм. После сваривания возвышение 86 практически выравнивается.
На передней стороне 20 перегородки 13 в распределительной области 84 предусмотрено установочное гнездо 87, которое расположено, предпочтительно, в нижнем внешнем углу. Установочное гнездо 87 представляет собой, предпочтительно, глухое отверстие, в которое входит соответствующий установочный штифт 88. Установочный штифт 88 расположен на обратной стороне 28 перегородки 13 (ср. фиг. 10Б).
Также и в данном втором варианте осуществления перегородки 13 расположены таким образом, что перегородка 13 может располагаться между двумя соседними элементами 5 аккумуляторной батареи. Боковая стенка перегородки 15, внутренняя боковая стенка распределительной области 84, днище перегородки 39 и верхняя сторона перегородки 90 являются удерживающими элементами для элемента 5 аккумуляторной батареи. Они совместно образуют удерживающую структуру, в данном случае рамку, таким образом, что соотнесенный перегородке 13 элемент 5 аккумуляторной батареи, по меньшей мере, частично по своим сторонам ею обрамлен. Выемка 89 на верхней стороне перегородки 90 обеспечивает доступность электрических присоединений элемента 5 аккумуляторной батареи. Две прилегающие друг к другу перегородки 13 образуют совместно упаковку для элемента 5 аккумуляторной батареи. За счет этого создана электрическая изоляция посредством пластика перегородок 13 по отношению к окружающей среде.
Фиг. 11А-11Г показывают замыкающую стенку 70 подробно, причем фиг. 11А-11В представляют переднюю замыкающую стенку 70 и фиг. 11Г - заднюю замыкающую стенку 70.
В противоположность перегородке 13, канал 31 образован в зоне охлаждения односторонне открытой выемкой 33. Поскольку замыкающая стенка 70 в корпусе 2 батареи представляет собой внешнюю гидродинамически проницаемую стенку, она контактирует только на одной стороне с элементом аккумуляторной батареи и применяется для охлаждения только одного элемента 5 аккумуляторной батареи. На другой стороне замыкающей стенки 70 к ней примыкает внешняя стенка 71 (смотри фиг. 12А, 12Б).
Построение внутренней стороны (передняя сторона 20) соответствует построению передней стороны 20 перегородки 13. Проточная структура 32 также закрыта пластиковым разделительным слоем 38, который приварен с уплотнением таким образом, что предотвращен выход какой-либо жидкости из канала 31. Сваренная, снабженная пластиковым разделительным слоем 38 замыкающая стенка 70 представлена на фиг. 11Б.
В распределительной области 84 распределительный канал 23 и коллекторный канал 24 выполнены в каждом случае без выточки уплотнения. Уплотнение для герметизации предусмотрено в соседней перегородке. В нижней области распределительной области 84 расположен установочный штифт 88.
Фиг. 11В показывает обратную сторону 28 передней замыкающей стенки 70. В распределительной области 84 распределительный канал 23 и коллекторный канал 24 выполнены также в каждом случае без выточки уплотнения. Для герметизации соседняя внешняя стенка 71 несет уплотнение в ее выточке уплотнения. В нижней области также имеется в наличии установочный штифт 88 для введения в соответствующую выемку внешней стенки 71. В зоне охлаждения 30 не расположено каких-либо охлаждающих каналов, поскольку каналы 31 открыты лишь к передней стороне 20. Обратная сторона 28 по существу плоская и содержит два выступа или возвышения, причем нижний выступ 94 соответствует переднему концу 34 канала 31 и верхний выступ 95 соответствует заднему концу 35 канала 31. Выступы служат для уплотнения переднего конца 34 или же заднего конца 35 относительно обратной стороны 28 замыкающей стенки 70.
Представленная на фиг. 11Г задняя замыкающая стенка 70 отличается от передней замыкающей стенки 70 только вследствие того, что на передней стороне в распределительной области 85 вместо установочного штифта предусмотрено установочное гнездо 87. Коллекторный канал 24, равно как распределительный канал 23, содержат в их стенках в каждом случае по одной выточке уплотнения 85. В остальном передняя и задняя замыкающая стенка 70 одинаковы. Также задняя заключительная стенка 70 уплотняется в зоне охлаждения 30 посредством не представленного здесь пластикового разделительного слоя таким образом, что односторонне открытый канал 31 закрыт на открытой стороне.
Фиг. 12А и 12Б показывают соответственно внешнюю стенку с внутренней стороны или с внешней стороны. В противоположность замыкающей стенке 70 имеется только один вариант осуществления внешней стенки 71, которая располагается как на переднем конце, так и на заднем конце корпуса 2 батареи. По этой причине внешняя стенка 71 на ее внутренней стороне 91 в распределительной области 84 в обоих углах содержит установочное гнездо 87, в котором позиционируется установочный штифт 88 замыкающей стенки 70. Как для распределительного канала 23, так и для коллекторного канала 24 стенка снабжена в каждом случае выточкой 85 уплотнения, выполненной для уплотнения каналов относительно замыкающей стенки 70 и внешней стенки 71 таким образом, что предотвращена утечка какой-либо охлаждающей текучей среды.
На внутренней стороне 91 расположены две выемки 92, 93, которые соответствуют выступам 94, 95 замыкающей стенки 70. Таким образом, в каждом случае обеспечен (плоскостной) контакт замыкающей стенки 70 и внешней стенки 71.
На фиг. 12Б подробно представлена внешняя сторона 96 внешней стенки 71. Как распределительный канал 23, так и коллекторный канал 24 переходят в каждом случае в круглые втулки, которые образуют входное отверстие 11 хладагента и выходное отверстие 12 хладагента. Для направления стяжной ленты можно заметить направляющие скругления 72 на внешней стороне, а также на пропускных выемках 25.
Несколько продольных шлицев 97 на внешней стороне 96 служат, с одной стороны, экономии веса, или обусловлены процессом изготовления, если внешняя стенка 71 состоит, например, из пластика. Если внешняя стенка 71 произведена в ее предпочтительном варианте осуществления из алюминия или другого металла, вес может быть существенно уменьшен. За счет применения алюминия обеспечивается повышенная прочность. Внешняя стенка 71 имеет, как правило, толщину максимально 20 мм, предпочтительно максимально 15 мм, более предпочтительно максимально 12 мм, еще более предпочтительно максимально 10 мм, наиболее предпочтительно максимально 8 мм. Продольные шлицы 97 имеют, предпочтительно, глубину по меньшей мере 1 мм, более предпочтительно, по меньшей мере 3 мм, еще более предпочтительно, по меньшей мере 5 мм, все еще более предпочтительно, по меньшей мере 7 мм, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 9 мм. Глубина продольных шлицев 97 не превышает толщину внешней стенки 71.
С другой стороны, продольные шлицы 97 служат также для приема в них монтажного переходника, с помощью которого батарея 1 может быть укреплена, например, на основании несущего кузова или на другом устройстве. Монтажный переходник может быть подобен гребню, например, с зубцами, которые входят в продольные шлицы 97. Если несколько батарей 1 соединены друг с другом, данный переходник используется для скрепления двух связанных друг с другом батарей для удержания их в заданном положении. За счет этого обеспечено сохранение уплотненного положения соединительной детали, которая расположена во входном отверстии 11 хладагента или же в выходном отверстии 12 хладагента и соединяет два соседних корпуса 2 батареи друг с другом, и предотвращена утечка хладагента.
Фиг. 13А-13Г показывают первые этапы процесса изготовления батареи 1 с корпусом 2 батареи, в котором элементы 5 аккумуляторной батареи расположены в один ряд. Изготовление может производиться автоматически, например полностью автоматизировано, или частично автоматически с производимыми вручную операциями.
На первом этапе согласно фиг. 13А передняя замыкающая стенка 70 размещается на расположенной в процессе изготовления, предпочтительно горизонтально, внешней стенке 71. При этом установочный штифт 88 замыкающей стенки 70 входит в установочное гнездо внешней стенки. Замыкающая стенка 70 еще перед монтажом снабжена пластиковым разделительным слоем 38 таким образом, что канал в зоне охлаждения 30 уплотнен.
На следующем этапе согласно фиг. 13Б элемент 5 аккумуляторной батареи размещается в зоне охлаждения 30 замыкающей стенки 70 таким образом, что ее электрические присоединения 59 располагаются в области выемки 89 замыкающей стенки 70. На следующем этапе согласно фиг. 13В перегородка 13 надевается на элемент 5 аккумуляторной батареи, причем установочное гнездо 87 входит в зацепление с установочным штифтом 88 замыкающей стенки 70. Выемка 89 верхней стороны перегородки 90 оставляет электрические присоединения 59 элемента 5 аккумуляторной батареи в любом случае свободными. Таким образом, элемент 5 аккумуляторной батареи закрывается заключительной стенкой 70 и перегородками 13 за исключением образованных обеими выемками 89 открытых областей.
На следующем этапе (фиг. 13Г) последующий элемент 5 аккумуляторной батареи позиционируется на зону охлаждения 30 перегородки 13. Следующие перегородки и следующие элементы аккумуляторной батареи следуют поочередно, в конце процесса последний элемент 5 аккумуляторной батареи снабжается замыкающей стенкой 70 и следующей за ней внешней стенкой 71. Вслед за этим стяжные ленты 4 вводятся через проходные отверстия 25 и замыкаются таким образом, что они окружают произведенный корпус 2 батареи. Элементы 5 аккумуляторной батареи закрываются покровной пленкой 78, и монтируются соединительные клеммы 179. После монтажа электрических панелей 76 для подключения и державок 77 может быть смонтирована крышка.
Модуль аккумуляторной батареи содержит корпус модуля аккумуляторной батареи с частями из пластика и несколько призматических элементов аккумуляторной батареи, которые имеют корпус элемента с четырьмя боковыми стенками. Две параллельные боковые стенки больше обеих других боковых стенок. Электролит элементов аккумуляторной батареи основан предпочтительно на SO2. Корпус (2) модуля аккумуляторной батареи содержит охлаждающую систему с проточной структурой (32) и текучим хладагентом. Проточная структура (32) находится в гидродинамическом соединении с входным отверстием (11) хладагента и с выходным отверстием (12) хладагента корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи. Между двумя соседними элементами (5) аккумуляторной батареи по существу параллельно большим боковым стенкам (7) элемента (5) аккумуляторной батареи расположена перегородка (13) из пластика. Канал (31) проточной структуры (32) по меньшей мере частично проходит в перегородке (13) и образован посредством выемки (33) перегородки (13), которая открыта по меньшей мере к одной соседней боковой стенке (7) элемента (5) аккумуляторной батареи. Между боковой стенкой (7) элемента (5) аккумуляторной батареи и перегородкой (13) пластиковый разделительный слой (38), материал которого предпочтительно отличен от материала перегородки (13), а его толщина меньше толщины перегородки (13), расположен таким образом, что образованный посредством выемки (33) канал (31) охлаждающей системы закрыт пластиковым разделительным слоем (38). Улучшение теплопередачи пластикового разделительного слоя и повышение равномерности охлаждения модуля аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 30 ил.
1. Модуль аккумуляторной батареи, используемый в качестве источника энергии, содержащий корпус модуля аккумуляторной батареи с частями из пластика и несколько призматических элементов аккумуляторной батареи, которые имеют корпус элемента с четырьмя боковыми стенками, причем две параллельные боковые стенки больше обеих других боковых стенок,
причем
- корпус (2) модуля аккумуляторной батареи содержит охлаждающую систему с проточной структурой (32) и текучим хладагентом,
- проточная структура (32) находится в гидродинамическом соединении с входным отверстием (11) хладагента и с выходным отверстием (12) хладагента корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи,
- между двумя соседними элементами (5) аккумуляторной батареи параллельно большим боковым стенкам (7) элемента (5) аккумуляторной батареи расположена перегородка (13) из пластика,
- канал (31) проточной структуры (32) по меньшей мере частично проходит в перегородке (13) и образован посредством выемки (33) перегородки (13), которая открыта по меньшей мере к одной соседней боковой стенке (7) элемента (5) аккумуляторной батареи,
- между боковой стенкой (7) элемента (5) аккумуляторной батареи и перегородкой (13) предусмотрен пластиковый разделительный слой (38), толщина которого меньше толщины перегородки (13) и который расположен таким образом, что образованный посредством выемки (33) канал (31) охлаждающей системы закрыт пластиковым разделительным слоем (38).
2. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1, отличающийся тем, что перегородка (13) содержит боковую стенку (15) перегородки, которая является частью боковой стенки (9) корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи.
3. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перегородка (13) содержит удерживающие элементы для удержания соседнего элемента (5) аккумуляторной батареи, причем удерживающие элементы являются, по меньшей мере, частями боковой стенки (15) перегородки, днища (39) перегородки и/или верхней стороны (90) перегородки (13).
4. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электролит элементов аккумуляторной батареи основан на SO2.
5. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пластик частей корпуса модуля аккумуляторной батареи армирован волокном, прежде всего стекловолокном, преимущественно является армированным стекловолокном полиамидом.
6. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пластик частей корпуса модуля аккумуляторной батареи, прежде всего пластик перегородки (13), является термопластическим.
7. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что толщина перегородки (13) составляет максимально 20 мм, прежде всего максимально 10 мм, или максимально 7 мм, или максимально 5 мм, или максимально 4 мм, или максимально 3 мм.
8. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выемка (33) проточной структуры (32) в перегородке (13) выполнена в форме меандра и меандр простирается от нижней области перегородки (13) вплоть до верхней области перегородки (13).
9. Модуль аккумуляторной батареи по п. 8, отличающийся тем, что меандр канала (31) в направлении (37) потока охлаждающей жидкости содержит становящиеся все более тесно расположенными петли меандра, причем петли меандра становятся теснее расположенными по направлению к верхней области перегородки (13).
10. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выемка (33) проточной структуры (32) простирается по всей толщине перегородки (13) и открыта к обеим соседним боковым стенкам (7) элементов (5) аккумуляторной батареи.
11. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что толщина пластикового разделительного слоя (38) составляет максимально 20%, прежде всего максимально 10%, преимущественно максимально 5%, толщины перегородки (13).
12. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что толщина пластикового разделительного слоя составляет максимально 1 мм, прежде всего максимально 0,5 мм, преимущественно максимально 0,1 мм.
13. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что несколько элементов (5) аккумуляторной батареи и расположенные между ними перегородки (13) охвачены стяжным устройством (3), прежде всего металлическим стяжным устройством, которое воспринимает усилия, возникающие во время эксплуатации элементов (5) аккумуляторной батареи.
14. Модуль аккумуляторной батареи по п. 13, отличающийся тем, что стяжное устройство (3) включает в себя металлическую стяжную ленту (4), прежде всего сваренную лазером и содержащую самостопорящийся, прежде всего самофиксирующийся, быстродействующий замок.
15. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что входное отверстие (11) хладагента и/или выходное отверстие (12) хладагента содержит быстроразъемное соединение (58) для простого, приводимого в действие без инструмента присоединения к внешней охлаждающей системе.
16. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус (2) модуля аккумуляторной батареи имеет верхнюю защитную крышку (48), которая расположена поверх элементов (5) аккумуляторной батареи поперечно боковым стенкам (9) корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи и содержит заливочное отверстие (52) для заливочного патрубка (46) электролита для наполнения элементов (5) аккумуляторной батареи электролитом, причем защитная крышка (48) на ее верхней стороне имеет желобообразное углубление (61), которое примыкает к заливочному отверстию (52).
17. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перегородка (13) на ее коротких торцах содержит по одной боковой стенке (15) перегородки, которые по меньшей мере частично выступают за малые боковые стенки (7b) корпуса (6) элемента и образуют боковую стенку (9) корпуса модуля аккумуляторной батареи, прежде всего совместно с другими боковыми стенками (15) перегородки, причем боковые стенки (15) перегородки соответствуют друг другу таким образом, что они сцепляются друг с другом, прежде всего фиксируют друг друга.
18. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перегородка (13) содержит днище (39) перегородки, которое по меньшей мере частично выступает под элементами (5) аккумуляторной батареи и образует, прежде всего совместно с другими днищами (39) перегородок, днище корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи, причем днища (39) перегородок соответствуют друг другу таким образом, что они сцепляются друг с другом, прежде всего фиксируют друг друга.
19. Модуль аккумуляторной батареи по п. 17, отличающийся тем, что перегородка (13) содержит днище (39) перегородки, которое по меньшей мере частично выступает под элементами (5) аккумуляторной батареи и образует, прежде всего совместно с другими днищами (39) перегородок, днище корпуса (2) модуля аккумуляторной батареи, причем днища (39) перегородок соответствуют друг другу таким образом, что они сцепляются друг с другом, прежде всего фиксируют друг друга.
20. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что:
- корпус (2) модуля аккумуляторной батареи содержит две торцевые стенки (8, 10), которые расположены параллельно большим боковым стенкам (7) элементов (5) аккумуляторной батареи,
- торцевые стенки (8, 10) содержат открытый к их внутренним сторонам канал (31), который является частью проточной структуры (32), и
- одна торцевая стенка (8, 10) является задней стенкой (10), а другая торцевая стенка (8, 10) является передней стенкой (8), причем в передней стенке (8) расположено входное отверстие (11) хладагента и/или выходное отверстие (12) хладагента.
21. Модуль аккумуляторной батареи по п. 20, отличающийся тем, что торцевые стенки (8, 10) на их внешних сторонах содержат ребристые усиления (41), которые содержат поперечные и продольные распорки.
22. Модуль аккумуляторной батареи по п. 20, отличающийся тем, что торцевая стенка (8, 10) содержит замыкающую стенку (70) и внешнюю стенку (71), причем
- замыкающая стенка (70) на ее внутренней стороне имеет односторонне открытый канал (31), который является частью проточной структуры (32),
- внешняя сторона замыкающей стенки (70) является плоской,
- замыкающая стенка (70) предпочтительно имеет установочный элемент для фиксации относительного положения относительно внешней стенки (71) и/или перегородки (13),
- внешняя стенка (71) на ее внешней стороне предпочтительно содержит продолговатые выемки (87) и выполнена из металла, прежде всего из алюминия.
23. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что материал пластикового разделительного слоя (38) отличен от материала перегородки (13).
24. Модуль аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он предназначен:
- для применения в транспортном средстве,
- для хранения энергии и подачи питания в сеть среднего и/или низкого напряжения,
- для децентрализованного хранения энергии в сочетании с устройствами получения регенеративной энергии,
- в качестве источника бесперебойного электроснабжения (ИБС) или аварийного электроснабжения или
- для стабилизации изолированных сетей.
25. Транспортное средство, содержащее модуль аккумуляторной батареи по одному из пп. 1-23.
| US 2009258289 A, 15.10.2009 | |||
| W0 2008050211 A1, 02.05.2008 | |||
| СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦИКОРНО-ЛИМОННОГО НАПИТКА | 2008 |
|
RU2367220C1 |
| DE 102010021922 A1, 01.12.2011 | |||
| JP 2009134938 A, 18.06.2009. | |||
