CZ309964B6 - Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení - Google Patents
Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309964B6 CZ309964B6 CZ2018-191A CZ2018191A CZ309964B6 CZ 309964 B6 CZ309964 B6 CZ 309964B6 CZ 2018191 A CZ2018191 A CZ 2018191A CZ 309964 B6 CZ309964 B6 CZ 309964B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cells
- row
- hollow polymer
- battery
- cores
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims description 83
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000004382 potting Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 abstract 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 82
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 210000001744 T-lymphocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
V baterii tvořené pouzdrem (1) osazeným řadami válcovitých článků (2), mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím potrubím a odváděná odváděcím potrubím, je teplonosná kapalina vedena dutými polymerními vlákny (5) uspořádanými nad sebou, která obtáčejí každou řadu článků (2) a přiléhají k jednotlivým článkům (2) v řadě, přičemž dutá polymerní vlákna (5) uspořádaná ve svazku nad sebou jsou vzájemně propojena matricí (6) vytvářející prostorovou strukturu, v níž se nacházejí otvory (7), zaplněné články (2), a vývrty (8) představující komory, do kterých ústí dutá polymerní vlákna (5), a které jsou napojeny na přiváděcí potrubí (3) nebo na odváděcí potrubí (4). Matrice (6) se zhotoví ve formě (11) nebo přímo v pouzdru (1) ovinutím jader (9) nebo článků (2) dutými polymerními vlákny (5) a zalitím prostoru mezi jádry (9) nebo články (2) zalévací hmotou, přičemž průchody do zalitých dutých polymerních vláken (5) se uvolní vyvrtáním komor do matrice (6).
Description
Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení
Oblast techniky
Vynález se týká baterie tvořené pouzdrem osazeným kapalinou chlazenými, resp. ohřívanými válcovitými články a dále se týká způsobu jejího zhotovení. V baterii proudí teplonosná kapalina mezerami mezi články. Baterie je určena jako zdroj elektrické energie, zejména pro elektromobily a hybridní automobily.
Dosavadní stav techniky
Baterie - akumulátory elektrické energie - nacházejí využití v řadě případů, např. k pohonu elektromobilů nebo automobilů s hybridním pohonem. V tomto oboru se prosadily baterie s lithium-iontovými články, které zajišťují přijatelný dojezd vozidla na jedno nabití a přijatelnou dobu nabíjení. Nevýhodou lithiových článku je, že se zejména při nabíjení a při zvýšeném odběru energie zahřívají, což vede ke snižování jejich trvanlivosti a může způsobit i jejich destrukci. Proto se musí články chladit. Má-li se vozidlo startovat při nízkých teplotách okolí, je nutno články naopak ohřát. Pro baterie v běžném dopravním provozu je tedy třeba zajistit vhodný tepelný režim.
Byly vytvořeny různé systémy pro regulaci tepelného režimu baterie lithiových článků, které lze v podstatě rozdělit podle skupenství užitého chladiva na vzduchové a kapalinové. Je známa řada technických řešení regulace teploty článků baterie, u nichž slouží jako teplonosné medium kapalina:
V pouzdru baterie podle EP 1508082 B1 je vložena prostorová struktura lisovaná z plastu, v jejíchž válcovitých svislých otvorech jsou v řadách uloženy články a v jejichž svislých kanálech mezi články proudí chladicí kapalina. Těsný kontakt stěn této struktury se stěnami článků je umožněn spárami ve stěnách svislých otvorů.
Z US 9577227 B1 je známa baterie, která má v pouzdru v řadách uloženy válcovité články. Mezi řadami článků prochází tvarovaná trubice vedoucí teplonosnou kapalinu. Tato trubice do určité míry přiléhá k článkům, které s ní sousedí. Články a trubice jsou navzájem fixovány adhezivem a jsou rovněž fixovány k tvarovanému dnu pouzdra. Při montáži baterie se nejprve na dně pouzdra ustaví trubice vytvarovaná do hada, mezi závity trubice se do míst vymezených výstupky ve dně pouzdra naskládají články do řad, načež se spáry mezi články, trubicí a výběžky zaplní polymerním adhezivem, které se nechá vytvrdit.
Baterie popsaná v US 20170162922 A1 má vstupní komoru chladiva a odváděcí komoru, které jsou propojeny teplonosnými trubkami. Válcovité články jsou umístěny v řadách na dně baterie. Výměna tepla probíhá mezi články baterie a chladivem proudícím trubkami, které procházejí mezi řadami článků.
Nevýhodou chladicích systémů baterií tvořících známý stav techniky je objem, který chladicí systém zabírá na úkor baterií. U baterií s velkým počtem článků vybavených těmito systémy dochází mezi jednotlivými články k poměrně značným rozdílům pracovních teplot.
Technické řešení si klade za úkol navrhnout kompaktní baterii se systémem tepelné regulace, který zajistí udržování žádoucí provozní teploty článků s minimálním rozdílem teploty jednotlivých článků v celém objemu baterie.
- 1 CZ 309964 B6
Podstata vynálezu
Tento úkol splňuje baterie tvořená pouzdrem osazeným řadami válcovitých článků, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím a odváděná odváděcím potrubím. Přitom teplonosná kapalina je vedena dutými polymerními vlákny uspořádanými nad sebou, která obtáčejí každou řadu článků a přiléhají k jednotlivým článkům v řadě, přičemž dutá polymerní vlákna uspořádaná ve svazku nad sebou jsou vzájemně propojena matricí vytvářející prostorovou strukturu, v níž se nacházejí otvory zaplněné články a vývrty představující komory, do kterých ústí dutá vlákna, a které jsou napojeny na přiváděcí potrubí nebo odváděcí potrubí.
Pro dosažení maximálního kontaktu dutých vláken s články mohou dutá polymerní vlákna postupně obtáčet ve střídavém smyslu jednotlivé články umístěné v řadě za sebou, přičemž matricí je zaplněn celý prostor mezi články.
K vyrovnání rozdílů teplot mezi články má s výhodou proudění teplonosného media v sousedících dutých polymerních vláknech opačný směr.
Ve výhodném provedení baterie je přiváděcí i odváděcí potrubí vedeno v podélné ose baterie.
Baterii podle vynálezu je možno zhotovit několika způsoby. Čtyři způsoby zhotovení baterie jsou podrobně uvedeny v příkladech uskutečnění vynálezu a v nárocích.
U všech uvedených způsobu je výhodné umístit v osách vývrtů vertikálně posuvné pomocné trny, které mají průměr menší, než je průměr v dalším kroku vytvořených vývrtů, resp. komor, přičemž trny se po ztuhnutí zalévací hmoty z matrice vysunou.
Pokud se duté vlákno navíjí na kompletní sestavu jader ve formě nebo článků v pouzdru baterie, postupuje se s výhodou při navíjení kontinuálně od jedné řady článků, resp. jader ke druhé, přičemž sousední řady sdílejí vstupní, resp. výstupní komory.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezu bude dále objasněna pomocí výkresů, na nichž je na obr. 1 pohled shora na otevřenou baterii podle vynálezu osazenou články, na obr. 2 je částečný axonometrický pohled na samotnou strukturu matrice chladicího bloku uložené v pouzdře baterie při sejmutém přiváděcím i odváděcím potrubí a vyjmutých článcích. Obr. 3 až 5 dokládají způsob zhotovení matrice pro jednu řadu článků jednoduchým ovinutím řady jader ve formě - obr. 3 v půdorysu, obr. 4 v bokorysu - a následným sevřením a zalitím formy, viz obr. 5. Obr. 6 a 7 dokládají způsob zhotovení matrice pro jednu řadu článků střídavým ovinutím jednotlivých jader v řadě ve formě a zalitím formy, přičemž forma je znázorněna jako již otevřená po zhotovení matrice, přičemž jsou z ní vysunuta jádra a jsou v ní vyvrtány komory. Na obr. 8 je v půdorysu řada jader ovinutých dutými vlákny s naznačenými komorami vytvořenými vývrtem, které jsou provedeny mezi jádry, na obr. 9 je samotné duté polymerní vlákno navinuté na řadu jader podle obr. 8 s naznačenými komorami. Na obr. 10 až 13 jsou schémata navíjení vrstev dutých polymerních vláken na řady článků nebo jader formy, přičemž obr. 10 a 12 ukazují navíjení každé liché vrstvy a obr. 11 a 13 každé sudé vrstvy. Na obr. 10 a 11 je schéma navíjení dutého polymerního vlákna na samostatnou řadu jader a na obr. 12 a 13 schéma postupného navíjení jednoho dutého polymerního vlákna na všechny řady článků v pouzdru nebo řady jader ve formě. Na obr. 14 je geometrie výpočtového modelu s označením vstupů a výstupů teplonosné kapaliny a na obr. 15 je graf závislosti teploty článků v řadě na rychlosti proudění teplonosné kapaliny.
- 2 CZ 309964 B6
Příklady uskutečnění vynálezu
Baterie podle vynálezu znázorněná na obr. 1 je tvořena pouzdrem 1 osazeným řadami válcovitých článků 2, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím potrubím 3 a odváděná odváděcím potrubím 4. Teplonosná kapalina je vedena dutými polymerními vlákny 5 uspořádanými ve vrstvách nad sebou. Dutá polymerní vlákna 5_mohou obtáčet řadu článků 2 jako celek a v důsledku vytvarování ve formě přiléhat k jednotlivým článkům 2 - viz obr. 3 až 5. Dutá polymerní vlákna 5 v jiných provedeních mohou postupně ve střídavém smyslu obtáčet jednotlivé články 2 umístěné v řadě za sebou - viz obr. 6 až 13. V těchto případech jsou články 2 vzájemně odděleny spárami o šířce rovné 1 až 10násobku vnějšího průměru dutých polymerních vláken 5. Přitom prostor mezi články 2 včetně dutých polymerních vláken 5 je zaplněn zalévací hmotou vytvářející prostorovou strukturu - matricí 6, která má otvory 7 ke vložení článků 2 a vývrty 8 představující komory, do nichž ústí dutá polymerní vlákna 5 - viz obr. 2. Tyto komory jsou napojeny na vodorovné přiváděcí potrubí 3 a odváděcí potrubí 4. Dutá polymerní vlákna 5 jsou vinuta na článcích 2 tak, že proudění teplonosného media v sousedících dutých polymerních vláknech 5 má opačný směr. Přiváděcí potrubí 3 i odváděcí potrubí 4 je vedeno v podélné ose baterie.
Popsané baterie je možno zhotovit několika způsoby. První a druhý způsob spočívají ve vytvoření dílčích matric 6 ve formě pro každou řadu článků 2 zvláště a v jejich následném složení v pouzdru 1 baterie do kompletní sestavy. Přitom při prvním způsobu se pružná dutá polymerní vlákna 5 navinou na řadu jader 9 jako celek bez předpětí, kdežto při druhém způsobu každé duté polymerní vlákno 5 s předpětím postupně obtáčí v opačném smyslu jednotlivá jádra 9. Při třetím způsobu se vlákna 5 navíjejí na kompletní sadu jader 9 uložených ve formě a po zalití se kompletní matrice 6 přemístí do pouzdra 1 baterie. Při čtvrtém způsobu se navíjení provede přímo na kompletní sadu článků 2 fixovaných na dně pouzdra 1, které se přímo v pouzdru 1 zalijí.
První způsob zhotovení baterie zahrnuje tyto po sobě následující kroky:
- vytvoří se forma - viz obr. 5, která je opatřena do jedné řady uspořádanými vertikálně posuvnými válcovými jádry 9, jež mají průměr v podstatě shodný s průměrem článků 2, přičemž boky formy tvarované komplementárně s bokem řady článků 2 jsou uloženy posuvně ve směru kolmém na osu řady článků 2,
- na řadu jader 9 jako celek se bez předpětí navinou pružná dutá polymerní vlákna 5 ve vrstvách nad sebou - viz obr. 3 a 4, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma jádry 9 jsou dutá polymerní vlákna 5 ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu jader 9 a druhou po navinutí na řadu jader 9,
- boky formy se přitlačí k řadě článků 2, čímž se zajistí kontakt dutých polymerních vláken 5 s jádry 9,
- prostor mezi jádry 9 a boky formy se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která po ztuhnutí vytvoří matrici 6,
- z formy se vysunou jádra 9,
- v osách válcových prostor se v matrici 6 provedou svislé vývrty 8, které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken 5 procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory,
- vytvořená prostorová struktura 6 se přemístí do pouzdra 1 baterie, a to opakovaně až do
- 3 CZ 309964 B6 zaplnění pouzdra 1,
- do otvorů 7 v této struktuře se vloží články 2 a propojí se,
- na ústí komor se nasadí přiváděcí potrubí 3 a odváděcí potrubí 4 a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
Při druhém způsobu každé duté polymerní vlákno 5 s předpětím postupně obtáčí v opačném smyslu jednotlivá jádra 9 v řadě - viz obr. 6 až 11.
Třetí způsob vytvoření baterie zahrnuje následující kroky:
- vytvoří se forma ve tvaru pláště 1 baterie, která je opatřena do řad uspořádanými vertikálně posuvnými válcovými jádry 9, která mají průměr v podstatě shodný s průměrem článků 2 a jsou oddělena spárami o šířce rovné 1 až 10násobku vnějšího průměru dutých polymerních vláken 5,
- na každou řadu jader 9 se navinou dutá polymerní vlákna 5 ve vrstvách nad sebou tak, že každé duté polymerní vlákno 5 postupně obtáčí jednotlivá jádra 9 v řadě, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma jádry 9 jsou dutá polymerní vlákna 5 ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu jader 9 a druhou po navinutí na řadu jader 9 - viz schéma navíjení na obr. 12 a13. K vedení dutých polymerních vláken 5 do těchto válcových
- prostor slouží svislé trny 10. Poloha uvedených válcových prostor jakož i poloha trnů 10 se shodují s polohou vývrtů 8,
- prostor mezi jádry 9 včetně navinutých dutých polymerních vláken 5 se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která se nechá ztuhnout,
- z formy se vysunou jádra 9 spolu s trny 10,
- v osách válcových prostor, odkud byly vytaženy trny 10, se provedou svislé vývrty 8, které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken 5 procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory tohoto svazku,
- zálivkou vytvořená prostorová struktura se přemístí do pouzdra1 baterie,
- do otvorů 7 v této prostorové struktuře se vloží články 2 a propojí se,
- na ústí vývrtů 8 tvořících komory se nasadí přiváděcí potrubí 3 a odváděcí potrubí 4 a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
Při čtvrtém způsobu se baterie zhotoví těmito po sobě následujícími kroky:
- na dně pouzdra 1 baterie se v řadách upevní články 2 prostřednictvím adheziva nebo mechanických prostředků vytvořených ve dně, přičemž články 2 jsou odděleny spárami o šířce rovné 1 až 10násobku vnějšího průměru dutých polymerních vláken 5,
- na každou řadu článků 2 se, obdobně jako u předchozího způsobu, navinou dutá polymerní vlákna 5 ve vrstvách nad sebou tak, že každé duté polymerní vlákno 5 postupně obtáčí jednotlivé články 2 v řadě, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma články 2 jsou dutá polymerní vlákna 5 ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu článků 2 a druhou po navinutí na řadu článků 2,
- 4 CZ 309964 B6
- prostor mezi články 2 se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která po ztuhnutí vytvoří matrici 6,
- v osách válcových prostor se v matrici 6 provedou svislé vývrty 8, které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken 5 procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory,
- články 2 se propojí a na ústí komor se nasadí přiváděcí potrubí 3 a odváděcí potrubí 4 a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
Postup navíjení jedné vrstvy dutého polymerního vlákna 5 na řady článků 2 resp. jader 9 je zřejmý z obr. 10 až 13. Přitom obr. 10 a 12 ukazují, jak probíhá navíjení lichých vrstev dutého polymerního vlákna 5 a obr. 11 a 13 navíjení sudých vrstev. Tímto střídáním se dosáhne toho, že propojení dutých polymerních vláken 5 s vývrty 8 zajistí proudění teplonosné kapaliny v sousedních dutých polymerních vláknech 5 v protiproudu. Na schématech podle obr. 10 až 13 je postup navíjení demonstrován na čtyřčlenných řadách, nicméně postup navíjení je stejný při libovolném počtu článků 2 v řadě.
Schéma navíjení podle obr. 10 a 11 odpovídá druhému způsobu zhotovení baterie, při kterém se každá řada článků 2 resp. jader 9 ovíjí dutými polymerními vlákny 5 nezávisle, např. i vně formy. Takto samostatně vyrobená řada představuje samostatnou jednotku se vstupem a výstupem teplonosné kapaliny. Při navíjení dutého polymerního vlákna 5 při třetím a čtvrtém způsobu zhotovení baterie lze však postupovat kontinuálně od jedné řady článků 2 resp. jader 9 ke druhé, přičemž sousední řady sdílejí vývrty 8 představující komory, jedna jako vstupní a druhá jako výstupní. Tomu odpovídá schéma navíjení podle obr. 12 a 13. Jedna vrstva tak v celém bloku, ať má jakoukoli velikost, může být tímto způsobem vyrobena v jedné operaci. Přitom u obou způsobů navíjení se sousedící vrstvy dutých polymerních vláken 5 navíjejí tak, že jejich propojení s vývrty 8 zajišťuje proudění teplonosné kapaliny v protiproudu.
K vedení dutých polymerních vláken 5 do svislých válcových prostor při navíjení se pouzdro 1 nebo forma v osách těchto prostor s výhodou opatří vertikálně posuvnými trny 10, které mají průměr menší než průměr vývrtů 8 představujících komory, které se vytvoří v dalším kroku. Trny 10 se pak z matrice vysunou.
Mezi válcovité články 2 v pouzdru 1 nebo mezi jádra 9 ve formě se postupně navíjí duté polymerní vlákno 5, které ve finálním výrobku tvoří kanál pro teplonosnou kapalinu. Celý blok je v podstatě možno navinout jen jediným dutým polymerním vláknem 5, které postupně při navíjení vytvoří třírozměrnou strukturu chladicích kanálů. Navíjení je zvoleno tak, že se u každého článku 2 kompenzuje rozdíl teplot teplonosného media v sousedících dutých polymerních vláknech 5, a to po výšce článku 2 střídáním teplých a studených dutých polymerních vláken 5. Přitom rozdíl teplot mezi vstupem do dutého polymerního vlákna 5 a výstupem je obvykle menší než 1 °C.
Při prvním až třetím způsobu výroby ve formě je po navinutí dutého polymerního vlákna 5 na jádra 9 forma uzavřena a je vyplněna tekutým plastem, který ve formě ztuhne a zafixuje polohu dutých polymerních vláken 5. Zalitý blok matrice 6 s kapilárami je po vysunutí jader 9 a trnů 10 vyjmut z formy. V bloku matrice 6 jsou vytvořeny válcové otvory pro články 2, které se osadí až po vložení matrice 6 do pouzdra 1 baterie.
Další technologickou operací je vytvoření vstupu do dutých polymerních vláken 5. Tato technologie je předmětem CZ 2018-16. Dutá polymerní vlákna 5 jsou v matrici 6 vinuta tak, že se v mezeře mezi články 2 nebo mezi jádry 9 kříží a procházejí svislými válcovitými prostorami. V odlitém bloku jsou tyto válcové prostory provrtány, a tím je otevřen vstup do zároveň provrtaných dutých polymerních vláken 5. Vývrty 8 tvoří vstupní a výstupní komory svazků
- 5 CZ 309964 B6 dutých polymerních vláken 5. Způsob vinutí dutých polymerních vláken 5 před zalitím a poloha místa vrtání jsou zvoleny tak, že každé duté polymerní vlákno 5 již přerušené vrtáním prochází z vývrtu 8 sloužícímu pro vstup kapaliny do vývrtu 8 sloužícímu pro výstup kapaliny. Přitom úseky dutého polymerního vlákna 5 mezi vývrty 8 jsou u všech dutých polymerních vláken 5 stejně dlouhé, takže mají stejný hydraulický odpor, a proto jimi vždy prochází i stejné množství teplonosné kapaliny.
Vývrty 8, které představují vstupní a výstupní komory pro přívod a odvod teplonosné kapaliny jsou z jedné strany zaslepeny a z druhé strany jsou do nich zalepena plastová přiváděcí potrubí 3 a odváděcí potrubí 4 přivádějící a odvádějící teplonosnou kapalinu.
Blok je otestován na těsnost chladicího okruhu a poté jsou do otvorů 7 zasunuty válcové články 2. Pro zlepšení přenosu tepla je možné použít na povrchu článků 2 tepelně vodivou pastu. Články 2 jsou elektricky propojeny stejným způsobem, jak je běžné u stávajících bloků baterií. Celý blok matrice 6 je vyroben z plastu, nehrozí tedy elektrický zkrat, takže články 2 nemusí být na povrchu pokryty plastovým obalem, jak je to nyní obvyklé. Další podstatnou výhodou je, že navrhovaný způsob umožňuje vytvořit kompaktnější blok baterie, tj. s větším počtem článků na m2 plochy baterie.
Účinky chlazení navrhovaného systému tepelné regulace byly zjišťovány numerickými výpočty na geometrickém modelu řady článků.
Model se skládá ze 7 li-ion článků 18650 b1 až b7 postavených v jedné řadě za sebou - viz obr. 14. Mezi jednotlivými články je dostatečná mezera na bezpečný průchod dutého vlákna 5 o vnějším průměru 1,5 mm. Jednotlivé články b1 až b7 jsou ovinuty dvěma dutými polymerními vlákny 5 nad sebou, tedy ve dvou vrstvách. Přitom směr vinuti dutých polymerních vláken 5 v sousedních vrstvách je opačný. Střídání smyslu vinutí dutých polymerních vláken 5 v jednotlivých vrstvách vede k rovnoměrnějšímu chlazení nebo ohřevu. Vstupy do dutých polymerních vláken 5 jsou ve vertikále nad sebou. Totéž platí pro výstupy. Umístění vstupů a výstupů nad sebou je nutné z technologického hlediska, pro vytvoření komor vrtáním. Dutá polymerní vlákna 5 a články b1 až b7 jsou zality v tuhém bloku o rozměrech 152 x 24 x 8 mm. V modelu byly použity materiály o fyzikálních vlastnostech uvedených v tab. 1.
Byl testován chladicí účinek při 4 různých vstupních rychlostech chladicího media - viz tab. 2. Celkem tedy byly provedeny 4 simulace, a to v prostředí ansys fluent 14.5. Ve výpočtu se předpokládá, že každý článek li-ion 18650 produkuje teplo o hodnotě 0,8 W. Výsledky všech 4 simulací jsou uvedeny číselně v tab. 2 a graficky na obr. 15. Jako kritérium pro srovnání byla použita střední relativní teplota každého článku zvlášť. Relativní teplota je zde definována jako rozdíl mezi teplotou článku a referenční teplotou, kterou je v tomto případě teplota chladicího media na vstupu. V numerickém modelu totiž výkon chladicího systému na teplotě chladicího media nezávisí. Rozhodujícím parametrem je pak rozdíl teplot mezi nejteplejším článkem b7 a nejstudenějším článkem b1, viz tab. 2 sloupec ΔΤ. Pro úplnost je v tab. 2 rovněž uvedena tlaková ztráta Δp ve vlákně a teplota Tvýst. chladicího media na výstupu.
Pokud by měl chladicí systém splňovat požadavek, aby max. rozdíl teplot ΔΤ mezi nejteplejším a nej studenějším článkem nepřekročil 1 K, je z tab. 2 zřejmé, že již při rychlosti chladicího media 0,05 m/s systém tomuto požadavku vyhoví. V tomto případě je max. rozdíl teplot pouze 0,52 K.
- 6 CZ 309964 B6
Tab. 1: Fyzikální vlastnosti materiálů použitých ve výpočtech
| Specifická hmotnost (kgm-3) | Měrná tepelná kapacita (Jkg-1K-1) | Tepelná vodivost (Wm-1K-1) | |
| Li-ion cell | 2285 | 1000 | 3 |
| Chladivo (ethylenglycol + voda 50 % hmotn.) | 1088 | 3328 | 0.33 |
| Matrice | 1000 | 100 | 1 |
Tab. 2: Výsledky výpočtů
| Relativní teplota T článku n (K) | Tvýst. chladiva (T) | δτ (K) | Δρ (Pa) | ||||||||
| Článek | b1 | b2 | b3 | b4 | b5 | b6 | b7 | ||||
| Vstupní rychlost chladiva (m/s) | 0.03 | 1.75 | 2.15 | 2.45 | 2.65 | 2.85 | 2.95 | 3.05 | 2.05 | 1.26 | 696 |
| 0.05 | 1.25 | 1.45 | 1.55 | 1.65 | 1.75 | 1.85 | 1.15 | 0.52 | 1162 | ||
| 0.10 | 0.95 | 1.05 | 0.35 | 0.15 | 2339 | ||||||
| 0.30 | 0.65 | 0.15 | 0.00 | 7454 |
Claims (10)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Baterie s regulací teploty tvořená pouzdrem osazeným řadami válcovitých článků, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím potrubím a odváděná odváděcím potrubím, vyznačující se tím, že prostředkem pro vedení teplonosné kapaliny jsou dutá polymerní vlákna (5) uspořádaná nad sebou, která obtáčejí každou řadu článků (2) a přiléhají k jednotlivým článkům (2) v řadě, přičemž dutá polymerní vlákna (5) uspořádána ve svazku nad sebou jsou vzájemně propojena matricí (6) vytvářející prostorovou strukturu, v níž se nacházejí otvory (7) zaplněné články (2) a vývrty (8) představující komory, do kterých ústí dutá polymerní vlákna (5), a které jsou napojeny na přiváděcí potrubí (3) nebo na odváděcí potrubí (4).
- 2. Baterie podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutá polymerní vlákna (5) postupně ve střídavém smyslu obtáčejí jednotlivé články (2) umístěné v řadě za sebou, přičemž matricí (6) je zaplněn celý prostor mezi články (2).
- 3. Baterie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že proudění teplonosného media v sousedících dutých polymerních vláknech (5) má opačný směr.
- 4. Baterie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přiváděcí potrubí (3) i odváděcí potrubí (4) je vedeno v podélné ose baterie.
- 5. Způsob zhotovení baterie tvořené pouzdrem osazeným řadami válcovitých článků, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím a odváděná z baterie odváděcím potrubím, vyznačující se tím, že je tvořen těmito po sobě následujícími kroky:- vytvoří se forma, která je opatřena do jedné řady uspořádanými vertikálně posuvnými válcovými jádry (9), jež mají průměr shodný s průměrem článků (2), přičemž boky formy tvarované komplementárně s bokem řady článků (2) jsou uloženy posuvně ve směru kolmém na osu řady článků (2),- na řadu jader (9) se bez předpětí navinou pružná dutá polymerní vlákna (5) ve vrstvách nad sebou, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma jádry (9) jsou dutá polymerní vlákna (5) ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu jader (9) a druhou po navinutí na řadu jader (9), - boky formy se přitlačí k řadě článků (2), čímž se zajistí kontakt dutých polymerních vláken (5) s jádry (9),- prostor mezi jádry (9) a boky formy se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která po ztuhnutí vytvoří matrici (6),- z formy se vysunou jádra (9),- v osách válcových prostor se v matrici (6) provedou svislé vývrty (8), které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken (5) procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory,- vytvořená prostorová struktura matrice (6) se přemístí do pouzdra (1) baterie, a to opakovaně až do zaplnění pouzdra (1),- do otvorů (7) v této struktuře se vloží články (2) a propojí se,- na ústí komor se nasadí přiváděcí potrubí (3) a odváděcí potrubí (4) a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
- 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že každé duté polymerní vlákno (5) s předpětím postupně obtáčí jednotlivá jádra (9) v řadě.
- 7. Způsob zhotovení baterie tvořené pouzdrem osazeným řadami válcovitých článků, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím a odváděná z baterie odváděcím potrubím, vyznačující se tím, že je tvořen těmito po sobě následujícími kroky:- vytvoří se forma ve tvaru pouzdra (1) baterie, která je opatřena do řad uspořádanými vertikálně posuvnými válcovými jádry (9), jež mají průměr shodný s průměrem článků (2) a jsou oddělena spárami o šířce rovné 1 až 10násobku vnějšího průměru dutých polymerních vláken (5), - na každou řadu jader (9) se navinou dutá polymerní vlákna (5) ve vrstvách nad sebou tak, že- 8 CZ 309964 B6 každé duté polymerní vlákno (5) postupně obtáčí jednotlivá jádra (9) v řadě, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma jádry (9) jsou dutá polymerní vlákna (5) ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu jader (9) a druhou po navinutí na řadu jader (9),- prostor mezi jádry (9) se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která po ztuhnutí vytvoří matrici (6),- z formy se vysunou jádra (9),- v osách válcových prostor se v matrici (6) provedou svislé vývrty (8), které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken (5) procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory,- vytvořená prostorová struktura matrice (6) se přemístí do pouzdra (1) baterie,- do otvorů (7) v této struktuře se vloží články (2) a propojí se,- na ústí komor se nasadí přiváděcí potrubí (3) a odváděcí potrubí (4) a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
- 8. Způsob zhotovení baterie tvořené pouzdrem osazeným řadami válcovitých článků, mezi nimiž je vedena teplonosná kapalina přiváděná do baterie přiváděcím a odváděná z baterie odváděcím potrubím, vyznačující se tím, že je tvořen těmito po sobě následujícími kroky:- na dně pouzdra (1) se v řadách upevní články (2) prostřednictvím adheziva nebo mechanických prostředků vytvořených ve dně, přičemž články (2) jsou odděleny spárami o šířce rovné 1 až 10násobku vnějšího průměru dutých polymerních vláken (5),- na každou řadu článků (2) se navinou dutá polymerní vlákna (5) ve vrstvách nad sebou tak, že každé duté polymerní vlákno (5) postupně obtáčí jednotlivé články (2) v řadě, přičemž na konci řady nebo v mezeře ponechané mezi dvěma články (2) jsou dutá polymerní vlákna (5) ve všech vrstvách vedena tak, že každé zde prochází dvěma svislými válcovými prostorami, jednou před navinutím na řadu článků (2) a druhou po navinutí na řadu článků (2),- prostor mezi články (2) se zalije tepelně vodivou organickou zalévací hmotou, která po ztuhnutí vytvoří matrici (6),- v osách válcových prostor se v matrici (6) provedou svislé vývrty (8), které otevřou průchody do svazku dutých polymerních vláken (5) procházejících těmito prostorami a vytvoří vstupní a výstupní komory,- články (2) se propojí a na ústí komor se nasadí přiváděcí potrubí (3) a odváděcí potrubí (4) a propojí se s vnějším zdrojem chladu nebo tepla.
- 9. Způsob podle některého z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že se v osách válcových prostor umístí vertikálně posuvné pomocné trny (10), které mají průměr menší, než je průměr v dalším kroku vytvořených vývrtů (8) tvořících komory, přičemž trny (10) se po ztuhnutí zalévací hmoty z matrice (6) vysunou.
- 10. Způsob podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že se při navíjení postupuje kontinuálně od jedné řady článků (2) nebo jader (9) ke druhé, přičemž sousední řady sdílejí vstupní a výstupní komory.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-191A CZ309964B6 (cs) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-191A CZ309964B6 (cs) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018191A3 CZ2018191A3 (cs) | 2019-10-30 |
| CZ309964B6 true CZ309964B6 (cs) | 2024-03-13 |
Family
ID=68295865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-191A CZ309964B6 (cs) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309964B6 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308366B6 (cs) * | 2019-04-05 | 2020-06-24 | Promens a.s. | Teplosměnná stěna výměníku tepla, zejména pro elektrochemické baterie, a způsob její výroby |
| CZ2019697A3 (cs) * | 2019-11-13 | 2021-01-13 | ZENA s.r.o. | Výměník tepla, zejména pro elektrochemické baterie |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761203A1 (fr) * | 1997-03-24 | 1998-09-25 | Alsthom Cge Alcatel | Dispositif de gestion de la temperature d'une batterie de generateurs electrochimiques |
| EP0917230A1 (de) * | 1997-11-12 | 1999-05-19 | VARTA Aktiengesllschaft | Akkumulatorenbatterie mit Temperiervorrichtung |
| WO2002007249A1 (de) * | 2000-07-13 | 2002-01-24 | Daimlerchrysler Ag | Wärmetauscherstruktur für mehrere elektrochemische speicherzellen |
| WO2007076985A2 (de) * | 2006-01-04 | 2007-07-12 | Daimler Ag | Wärmetauscher mit tiefgezogenen wärmetauscher-platten |
| US20170356690A1 (en) * | 2015-02-26 | 2017-12-14 | Denso Corporation | Refrigerant heat exchanger |
-
2018
- 2018-04-20 CZ CZ2018-191A patent/CZ309964B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761203A1 (fr) * | 1997-03-24 | 1998-09-25 | Alsthom Cge Alcatel | Dispositif de gestion de la temperature d'une batterie de generateurs electrochimiques |
| EP0917230A1 (de) * | 1997-11-12 | 1999-05-19 | VARTA Aktiengesllschaft | Akkumulatorenbatterie mit Temperiervorrichtung |
| WO2002007249A1 (de) * | 2000-07-13 | 2002-01-24 | Daimlerchrysler Ag | Wärmetauscherstruktur für mehrere elektrochemische speicherzellen |
| WO2007076985A2 (de) * | 2006-01-04 | 2007-07-12 | Daimler Ag | Wärmetauscher mit tiefgezogenen wärmetauscher-platten |
| US20170356690A1 (en) * | 2015-02-26 | 2017-12-14 | Denso Corporation | Refrigerant heat exchanger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018191A3 (cs) | 2019-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11670985B2 (en) | Method for manufacturing cooling device and motor housing cooling device using same | |
| US11133538B2 (en) | Heat exchanger for cooling battery | |
| CN100353134C (zh) | 蓄热装置及其制造方法 | |
| CZ309964B6 (cs) | Baterie s regulací teploty a způsob jejího zhotovení | |
| JP2959671B2 (ja) | 熱応答の良い金型 | |
| CN105517772B (zh) | 模具组件 | |
| CN204741054U (zh) | 一种电池侧面散热模组 | |
| CN114944518B (zh) | 一种动力电池组相变液冷耦合热管理装置 | |
| CN117698047B (zh) | 一种汽车塑件模内整形机构 | |
| CN202572826U (zh) | 集中冷却方式的模具装置 | |
| CN107120836A (zh) | 高效固态电热储能装置 | |
| CN101536245A (zh) | 模块化的蓄电池单元 | |
| GB2078576A (en) | Casting mould for use in casting on internal connectors and terminal posts of lead-acid batteries | |
| CZ308366B6 (cs) | Teplosměnná stěna výměníku tepla, zejména pro elektrochemické baterie, a způsob její výroby | |
| CN215771325U (zh) | 电池包、电池系统及电动车 | |
| JP4653208B2 (ja) | 高速射出成形システム | |
| KR102771747B1 (ko) | 가변형 냉각유로를 이용한 배터리 열관리 시스템 | |
| CN117854762A (zh) | 模拟钠冷快堆自然循环工况堆芯热工水力过程的装置 | |
| CN206241235U (zh) | 一种铅酸蓄电池汇流排的固定量式成型模具 | |
| CN207327478U (zh) | 一种汽车传输支架注塑模具 | |
| CN106688124B (zh) | 形成整体歧管的方法 | |
| CN119389020B (zh) | 一种温控型动车组充电机 | |
| TWM455294U (zh) | 具有冷卻水道之馬達外殼及具有該馬達外殼之馬達 | |
| CN217414756U (zh) | 一种叠层模用一开八热流道组件 | |
| JP4493360B2 (ja) | 射出成形用金型構造 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180420 |