RU197149U1 - Autonomous battery module based on lithium polymer batteries - Google Patents
Autonomous battery module based on lithium polymer batteries Download PDFInfo
- Publication number
- RU197149U1 RU197149U1 RU2019141990U RU2019141990U RU197149U1 RU 197149 U1 RU197149 U1 RU 197149U1 RU 2019141990 U RU2019141990 U RU 2019141990U RU 2019141990 U RU2019141990 U RU 2019141990U RU 197149 U1 RU197149 U1 RU 197149U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery module
- battery
- cells
- battery cells
- walls
- Prior art date
Links
Images
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
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области энергообеспечения, а именно к автономным аккумуляторным модулям на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы. Автономный аккумуляторный модуль на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы содержит однотипные аккумуляторные ячейки, вертикальные проставки, три электронных блока, контакты, наружный корпус и внутренний корпус. Аккумуляторные ячейки последовательно соединены в электрическую цепь и расположены с постоянным интервалом, обеспечивающим проходное сечение каналов воздушного охлаждения. Электронный блок обеспечивает контроль параметров и нивелирования разбалансировки напряжений аккумуляторных ячеек. Вертикальные проставки расположены между аккумуляторными ячейками, между ячейками и стенками внутреннего корпуса. Проставки обеспечивают воздушное охлаждение аккумуляторных ячеек. На нижней стенке наружного корпуса аккумуляторного модуля выполнено отверстие, через которое поступает принудительно циркулируемый охлаждающий воздух от электровентилятора. Наружный корпус закреплен на металлическом каркасе. Между каркасом, наружным и внутренним корпусами образованы воздушные каналы. Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации автономного аккумуляторного модуля с воздушным охлаждением на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы, увеличении его срока службы и расширении диапазона рабочих токов, сохраняя при этом уровень защищенности от механических повреждений и простую конструкцию. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of energy supply, namely to stand-alone battery modules based on prismatic lithium-polymer batteries. A self-contained battery module based on prismatic lithium-polymer batteries contains the same type of battery cells, vertical spacers, three electronic components, contacts, an outer case and an inner case. The battery cells are connected in series in an electric circuit and are arranged at a constant interval, providing a through section of the air cooling channels. The electronic unit provides control of parameters and leveling the unbalance of voltage of the battery cells. Vertical spacers are located between the battery cells, between the cells and the walls of the inner case. Spacers provide air cooling of the battery cells. An opening is made on the lower wall of the outer case of the battery module through which forced cooling air from the electric fan enters. The outer casing is mounted on a metal frame. Between the frame, the outer and inner bodies air channels are formed. The technical result consists in increasing the reliability of operation of an autonomous air-cooled battery module based on prismatic lithium-polymer batteries, increasing its service life and expanding the range of operating currents, while maintaining a level of protection against mechanical damage and a simple design. 7 c.p. f-ly, 4 ill.
Description
Полезная модель относится к области энергообеспечения, точнее к средствам аккумулирования электроэнергии и предназначена, преимущественно, для использования в транспортном машиностроении в составе энергопитающих комплексов транспортных средств, оснащенных тяговым электроприводом.The utility model relates to the field of energy supply, more specifically to means of electric energy storage, and is intended primarily for use in transport engineering as a part of energy-supplying complexes of vehicles equipped with a traction electric drive.
Из уровня техники известна литий-ионная аккумуляторная батарея (RU 103675 U1, 20.04.2011), которая состоит из литий-ионных аккумуляторных ячеек призматической формы, соединенных последовательно в электрическую цепь и отделенных друг от друга и от стенок корпуса батареи диэлектрическими проставками. Аккумуляторные ячейки размещены в выемках сложной формы, выполненных в проставках, которые закреплены на охлаждаемом основании батареи. Все составляющие батареи стянуты силовыми шпильками. Способ охлаждения аккумуляторных ячеек не обеспечивает получения равномерного температурного поля на всей их поверхности, т.к. теплообмен осуществляется с малой площади днищ ячеек, а неравномерный нагрев аккумуляторов может приводить к снижению электрической емкости при циклировании (заряд/разряд).The prior art lithium-ion secondary battery (RU 103675 U1, 04/20/2011), which consists of prismatic lithium-ion secondary cells connected in series into an electric circuit and separated from each other and from the walls of the battery case by dielectric spacers. Battery cells are placed in recesses of complex shape, made in spacers that are mounted on a cooled base of the battery. All components of the battery are pulled together with power pins. The method of cooling the battery cells does not provide a uniform temperature field on their entire surface, because heat transfer is carried out from a small area of the cell bottoms, and uneven heating of the batteries can lead to a decrease in electric capacity during cycling (charge / discharge).
Из уровня техники известна высокомощная батарея (RU 155156 U1, 20.09.2015), содержащая блок плоских литий-полимерных аккумуляторов, соединенных в электрическую цепь последовательно и установленных в полиамидные рамки, снабженные отверстиями под стяжки, обеспечивающие фиксацию аккумуляторов в блоке и блоков в батарее. Между аккумуляторами в блоке установлены металлические теплоотводы с увеличенной поверхностью теплоотдачи по торцам, передающие тепло на стенки кожуха через теплопроводящие электроизоляционные прокладки, а на основание батареи через теплопроводящую электроизоляционную прокладку установлена плата силовых ключей на алюминиевой основе электронной системы контроля и управления батареей. На внутреннюю поверхность кожуха нанесено покрытие из теплоизоляционного мелкоячеистого вспененного полиуретана, что позволяет в условиях низких температур при небольших токах разряда сохранить тепло внутри батареи и обеспечить ее разрядную емкость до 75% от номинальной. С другой стороны, такое техническое решение значительно снижает допустимые разрядные тока батареи и, соответственно ее емкость, при положительной температуре окружающей среды. Также следует отметить наличие в батареи трех электронных плат: двух плат управления, платы силовых ключей и платы датчиков температуры, что значительно усложняет конструкцию и снижает ее показатели надежности и отказоустойчивости.A high-power battery is known from the prior art (RU 155156 U1, 09/20/2015), containing a block of flat lithium-polymer batteries connected in series and installed in polyamide frames equipped with holes for couplers to secure the batteries in the block and blocks in the battery. Between the batteries in the unit, metal heat sinks with an increased heat transfer surface at the ends are installed, which transfer heat to the casing walls through heat-conducting electrical insulating gaskets, and a power key board based on an aluminum base of an electronic battery monitoring and control system is installed on the battery base through a heat-conducting electrical insulating gasket. On the inner surface of the casing, a coating of heat-insulating fine-meshed foam polyurethane is coated, which makes it possible to maintain heat inside the battery at low temperatures at low discharge currents and ensure its discharge capacity up to 75% of the nominal. On the other hand, this technical solution significantly reduces the permissible discharge current of the battery and, accordingly, its capacity, at a positive ambient temperature. It should also be noted that the battery has three electronic boards: two control boards, a power switch board and a temperature sensor board, which greatly complicates the design and reduces its reliability and fault tolerance.
Из уровня техники известен аккумуляторный модуль на базе литий-полимерных аккумуляторов с улучшенными условиями теплообмена между ячейками (US 2007/0037051 А1, 15.02.2007), содержащий переднюю и заднюю торцевые пластины и расположенные между ними последовательно соединенные в электрическую цепь однотипные аккумуляторные ячейки призматической формы, каждая из которых размещена в проставке с обеспечением каналов воздушного охлаждения, а также стягивающие шпильки, замыкающие сжимающее усилие на торцевых пластинах. Проставки в нем установлены между аккумуляторными ячейками таким образом, что между двумя соседними ячейками размещено по одной проставке, охватывающей ячейку своими тремя сторонами: фронтальной и двумя боковыми или двумя сторонами: фронтальной и боковой, причем эти стороны проставок содержат несколько выполненных сквозными пазов, которые в собранном аккумуляторном модуле образуют горизонтально расположенные каналы для прохождения охлаждающего теплоносителя.The prior art battery module based on lithium-polymer batteries with improved conditions for heat transfer between cells (US 2007/0037051 A1, 02/15/2007), containing the front and rear end plates and located between them in series connected in the electric circuit of the same type of battery cells of a prismatic shape , each of which is placed in the spacer with the provision of air cooling channels, as well as tightening studs that close the compressive force on the end plates. Spacers in it are installed between the battery cells in such a way that one spacer is placed between two adjacent cells, covering the cell with its three sides: the front and two side or two sides: the front and side, and these sides of the spacers contain several grooves made through The assembled battery module is formed by horizontally arranged channels for the passage of the cooling fluid.
Однако в собранном аккумуляторном модуле такое конструктивное построение проставок при необходимости обеспечения требуемых прочностных параметров может приводить к довольно значительному перекрытию фронтальных поверхностей аккумуляторных ячеек перемычками между пазами, при этом каналы воздушного охлаждения будут иметь относительно небольшую суммарную площадь проходного сечения -это затруднит циркуляцию воздуха и отвод тепла. Следовательно, несмотря на присутствие каналов воздушного охлаждения, теплоотводящая система не способна обеспечить равномерный и достаточный отвод тепла при максимальных электрических нагрузках на аккумуляторный модуль, что следует отнести к основному его недостатку, приводящему к снижению ресурса и надежности работы модуля.However, in the assembled battery module, such a constructive construction of spacers, if necessary, to provide the required strength parameters, can lead to a fairly significant overlap of the front surfaces of the battery cells with jumpers between the grooves, while the air cooling channels will have a relatively small total pass-through area, this will complicate air circulation and heat dissipation . Therefore, despite the presence of air cooling channels, the heat sink system is not able to provide uniform and sufficient heat removal at maximum electric loads on the battery module, which should be attributed to its main drawback, which leads to a decrease in the resource and reliability of the module.
Из уровня техники известна электрическая батарея (US 2009/0253026 А1, 08.10.2009), содержащая множество генерирующих энергию элементов (электрохимическая ячейка литий-ионного или литий-полимерного типа) упакованных в гибкую герметичную оболочку, которая защищает от механических и термических повреждений корпус, выполненный из теплопроводного материала. Этот корпус имеет два продольных элемента и множество поперечных элементов, соединяющих указанные продольные элементы, образуя отсеки для электрохимических ячеек. Указанный корпус включает в себя каналы циркуляции для жидкого теплоносителя. Серьезным недостатком данной конструкции можно назвать невозможность обеспечения плотного прилегания электрохимических ячеек к поперечным элементам, по которым проходит жидкий теплоноситель. Это связано с наличием допуска по толщине ячеек и размерам корпуса, поэтому равновероятны возможности как наличия воздушного зазора, снижающего интенсивность теплопередачи и вызывающего чрезмерный нагрев ячеек, так и превышения допустимых нагрузок сжатия ячеек, что может привести к их механическому повреждению.The prior art electric battery (US 2009/0253026 A1, 10/08/2009), containing many energy-generating elements (electrochemical cell of a lithium-ion or lithium-polymer type) packed in a flexible sealed enclosure that protects the housing from mechanical and thermal damage, made of heat-conducting material. This housing has two longitudinal elements and many transverse elements connecting these longitudinal elements, forming compartments for electrochemical cells. The specified housing includes circulation channels for the liquid coolant. A serious drawback of this design is the impossibility of ensuring a tight fit of the electrochemical cells to the transverse elements along which the liquid coolant passes. This is due to the presence of a tolerance on the thickness of the cells and the dimensions of the case, therefore, it is equally likely that there is an air gap that reduces the heat transfer rate and causes excessive heating of the cells, and that the permissible compression loads of the cells are exceeded, which can lead to mechanical damage.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является аккумуляторный модуль на базе литий-полимерных аккумуляторов (RU 142206 U1, 20.06.2014), содержащий переднюю и заднюю торцевые пластины и расположенные между ними последовательно соединенные в электрическую цепь однотипные аккумуляторные ячейки, каждая из которых размещена в проставке с обеспечением каналов воздушного охлаждения. Проставки выполнены в виде разъемного корпусного элемента, составленного из двух пар противолежащих боковых стоек. Передняя и задняя крышки модуля вместе с проставками образуют корпус модуля, защищающий аккумуляторные ячейки от вероятных механических повреждений во время эксплуатации.The closest analogue (prototype) of the proposed utility model is a battery module based on lithium-polymer batteries (RU 142206 U1, 06/20/2014) containing the front and rear end plates and the same type of battery cells located in series between them, connected in an electric circuit, each of which placed in a spacer with air cooling channels. Spacers are made in the form of a detachable housing element composed of two pairs of opposite side racks. The front and rear covers of the module, together with the spacers, form the module housing, which protects the battery cells from possible mechanical damage during operation.
Такое конструктивное выполнение аккумуляторного модуля увеличивает вес аккумуляторного модуля, а также усложняет конструкцию при относительно неинтенсивном воздушном охлаждении аккумуляторных ячеек, что снижает надежности эксплуатации автономного аккумуляторного модуля с воздушным охлаждением, снижает срок его службы и ограничивает диапазон возможных рабочих токов разряда.Such a design of the battery module increases the weight of the battery module, and also complicates the design with relatively non-intensive air cooling of the battery cells, which reduces the reliability of the autonomous battery module with air cooling, reduces its service life and limits the range of possible operating discharge currents.
Задача, решаемая полезной моделью, направлена на разработку эффективного автономного аккумуляторного модуля на базе литий-полимерных аккумуляторов, обладающего увеличенным ресурсом и надежностью работы.The problem solved by the utility model is aimed at developing an effective stand-alone battery module based on lithium-polymer batteries, which has an increased resource and reliability.
Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации автономного аккумуляторного модуля с воздушным охлаждением на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы, увеличении его срока службы и расширении диапазона рабочих токов, сохраняя при этом уровень защищенности от механических повреждений и простую конструкцию.The technical result consists in increasing the reliability of operation of an autonomous air-cooled battery module based on prismatic lithium-polymer batteries, increasing its service life and expanding the range of operating currents, while maintaining a level of protection against mechanical damage and a simple design.
Технический результат достигается тем, что автономный аккумуляторный модуль на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы, содержащий расположенные с постоянным интервалом, обеспечивающим проходное сечение каналов воздушного охлаждения, последовательно соединенные в электрическую цепь однотипные аккумуляторные ячейки, три электронных блока для контроля параметров и нивелирования разбалансировки напряжений аккумуляторных ячеек, к которому подсоединены контакты ячеек, снабжен внутренним корпусом, выполненным в виде четырех пластин, соединенных друг с другом по контуру аккумуляторных ячеек, образовывая две скошенных боковых, заднюю и переднюю стенки, которые также соединены с двумя продольно расположенными планками, на которые опираются аккумуляторные ячейки, наружным корпусом, выполненным в виде пластин, образовывая две верхних боковых, две нижних боковых, верхнюю заднюю, нижнюю заднюю, верхнюю переднюю, нижнюю переднюю стенки, крышку и основание, которые закреплены на металлическом каркасе, выполненным из профильных труб, вертикальными проставками, расположенными между аккумуляторными ячейками, а также между первой крайней аккумуляторной ячейкой и передней стенкой внутреннего корпуса, между второй крайней аккумуляторной ячейкой и задней стенкой внутреннего корпуса, предотвращающие соприкосновение ячеек друг с другом и соприкосновение ячеек с передней и задней стенками внутреннего корпуса, причем толщина зафиксированной проставки определяет величину воздушных каналов, обеспечивающих охлаждение аккумуляторных ячеек, как и воздушные каналы, образованные каркасом, наружным и внутренним корпусами, при этом стенки наружного корпуса соединены с металлическим каркасом, образуя разборный корпус-защиту для контактов аккумуляторных ячеек и электронных блоков от механических повреждений, причем на нижней передней стенке наружного корпуса аккумуляторного модуля выполнено отверстие, через которое поступает принудительно циркулируемый охлаждающий воздух от электровентилятора, закрепленного на этой стенке, а на задней стенке наружного корпуса выполнено отверстие для выхода воздуха, причем в пространстве между внутренним и наружным корпусами в нижней части аккумуляторного модуля установлен распределитель воздуха, формирующий канал переменного сечения, а дополнительные горизонтальные перегородки, расположенные между стенками внутреннего и наружного корпусов, предотвращают возникновения завихрений в воздушном потоке, снижая аэродинамическое сопротивление и увеличивая интенсивность отвода тепловой энергии.The technical result is achieved by the fact that an autonomous battery module based on lithium-polymer batteries of a prismatic shape, containing at regular intervals providing a through section of air cooling channels, the same type of battery cells connected in series to the electric circuit, three electronic units for monitoring parameters and leveling voltage imbalance battery cells, to which the contacts of the cells are connected, is equipped with an inner casing, made in the form four plates connected to each other along the contour of the battery cells, forming two beveled side, rear and front walls, which are also connected to two longitudinally arranged strips, on which the battery cells are supported, by an outer casing made in the form of plates, forming two upper side, two lower lateral, upper rear, lower rear, upper front, lower front walls, cover and base, which are fixed on a metal frame made of profile pipes, vertical spacer located between the battery cells, as well as between the first extreme battery cell and the front wall of the inner case, between the second extreme battery cell and the rear wall of the inner case, preventing the cells from touching each other and the cells touching the front and rear walls of the inner case, the thickness fixed spacers determines the size of the air channels that provide cooling of the battery cells, as well as the air channels formed by the frame, the outer inner casings, while the walls of the outer casings are connected to a metal frame, forming a collapsible housing-protection for contacts of the battery cells and electronic units from mechanical damage, and an opening is made on the lower front wall of the outer casing of the battery module through which forcedly circulated cooling air from the electric fan mounted on this wall, and on the rear wall of the outer casing there is a hole for air outlet, and in the space between morning and outer housings in the lower part of the battery module is mounted air distributor forming a channel of variable cross section, and the additional horizontal partitions disposed between the inner and outer walls of the housings prevent occurrence of eddies in the air flow, reducing drag and increasing the intensity of heat removal.
Конструкция автономного аккумуляторного модуля также имеет следующие дополнительные отличия.The design of the stand-alone battery module also has the following additional differences.
- Проставки равноудалены от боковых краев, заполненной электролитом части аккумуляторной ячейки, с которой они закреплены, и расположены вертикально, указанное расположение проставок позволяет предотвратить соприкосновение ячеек друг с другом и соприкосновение ячеек с крышками корпуса. Такое расположение проставок обеспечивает постоянную по высоте ширину воздушного зазора, одновременно с этим значительно не уменьшая площадь его сечения. Меньшее количество проставок (одна) приведут к неравномерности ширины (со стороны, где есть проставка ширина зазора максимальна, а с противоположной стремится к нулю).- The spacers are equidistant from the side edges, the electrolyte-filled part of the battery cell with which they are fixed, and are arranged vertically, the indicated location of the spacers prevents the cells from touching each other and the cells touching the housing covers. This arrangement of the spacers provides a constant height clearance of the air gap, while at the same time not significantly reducing its cross-sectional area. A smaller number of spacers (one) will lead to uneven width (on the side where there is a spacer, the gap width is maximum, but tends to zero on the opposite side).
- Проставки выполнены в виде удлиненных плоских прямоугольных пластин, широкой стороной примыкая к аккумуляторным ячейкам, что обеспечивает упрощение процесса изготовления, и сборки аккумуляторного модуля за счет их простой формы.- Spacers are made in the form of elongated flat rectangular plates, with the wide side adjacent to the battery cells, which simplifies the manufacturing process and the assembly of the battery module due to their simple shape.
- Проставки соединены с аккумуляторными ячейками клеевым соединением, а нижние и верхние стенки наружного корпуса, соответствующих сторон, соединены друг с другом пазовым соединением так же, как и нижние боковые, нижняя задняя, нижняя передняя стенки с основанием наружного корпуса, и верхние боковые и верхняя задняя, верхняя передняя стенки с крышкой наружного корпуса, а стенки внутреннего корпуса соединены друг с другом системой «шип-паз»,- The spacers are connected to the battery cells by an adhesive connection, and the lower and upper walls of the outer casing of the respective sides are connected to each other by a groove connection in the same way as the lower side, lower back, lower front walls and the base of the outer casing, and the upper side and upper the back, upper front walls with the cover of the outer casing, and the walls of the inner casing are connected to each other by a spike-groove system,
что обеспечивает упрощение процесса сборки аккумуляторного модуля, разборки в случае неисправности аккумуляторной ячейки, а также уменьшение веса автономного аккумуляторного модуля за счет исключения других распространенных видов крепежных соединений, обладающих более высокой массой.which simplifies the process of assembling the battery module, disassembling in the event of a battery cell malfunction, as well as reducing the weight of the stand-alone battery module by eliminating other common types of fasteners with a higher mass.
- Наружный и внутренний корпуса выполнены из композитного материала, в основе которого лежат пластики, что обеспечивает уменьшение массы автономного аккумуляторного модуля с сохранением надежности конструкции, а также исключает возможность замыкания любого электрического контакта на корпус.- The outer and inner cases are made of a composite material, which is based on plastics, which ensures a reduction in the mass of an autonomous battery module while maintaining the reliability of the structure, and also eliminates the possibility of shorting any electrical contact to the case.
- Стенки наружного корпуса закреплены на металлическом каркасе с помощью крепежных элементов, как и электровентилятор на передней стенке наружного корпуса,- The walls of the outer casing are mounted on a metal frame using fasteners, like the electric fan on the front wall of the outer casing,
что обеспечивает надежную фиксацию элементов друг с другом и повышает защитные свойства при транспортировке и внешнего воздействия.which ensures reliable fixation of the elements with each other and increases the protective properties during transportation and external influences.
На представленных чертежах:In the drawings:
на фиг. 1 показан общий вид автономного аккумуляторного модуля (изометрическая проекция);in FIG. 1 shows a general view of an autonomous battery module (isometric view);
на фиг. 2 показан вид автономного аккумуляторного модуля, иллюстрирующий его внутреннюю конструкцию (изометрическая проекция);in FIG. 2 is a view of an autonomous battery module illustrating its internal structure (isometric view);
на фиг. 3 показан вид автономного аккумуляторного модуля, иллюстрирующий внутреннюю конструкцию (вид сбоку);in FIG. 3 is a view of an autonomous battery module illustrating an internal structure (side view);
на фиг. 4 показан трехмерный вид аккумуляторных ячеек в сборе с проставками (изометрический вид).in FIG. 4 shows a three-dimensional view of the battery cells assembly with spacers (isometric view).
1 - Аккумуляторная ячейка1 - Battery Cell
2 - Выступ аккумуляторной ячейки2 - The protrusion of the battery cell
3 - Заполненная электролитом часть ячейки3 - Electrolyte-filled part of the cell
4 - Контакты аккумуляторной ячейки4 - Battery cell contacts
5 - Монтажная пластина5 - Mounting plate
6 - Планка прижимная6 - clamping plate
7 - Электронный блок7 - Electronic unit
8 - Стойка8 - Stand
9 - Вертикальная проставка9 - Vertical spacer
10 - Стенка внутреннего корпуса10 - Wall of the inner case
11 - Верхняя боковая стенка наружного корпуса11 - The upper side wall of the outer casing
12 - Нижняя боковая стенка наружного корпуса12 - Lower side wall of the outer casing
13 - Верхняя задняя стенка наружного корпуса13 - The upper rear wall of the outer casing
14 - Нижняя задняя стенки наружного корпуса14 - Lower rear wall of the outer casing
15 - Верхняя передняя стенка наружного корпуса15 - The upper front wall of the outer casing
16 - Нижняя передняя стенка наружного корпуса16 - Lower front wall of the outer casing
17 - Крышка наружного корпуса17 - the cover of the outer casing
18 - Основание наружного корпуса18 - The base of the outer casing
19 - Металлический каркас19 - Metal frame
20 - Крепежный элемент20 - Fastener
21 - Планка продольная21 - longitudinal bar
22 - Распределитель воздуха22 - Air distributor
23 - Горизонтальная перегородка23 - Horizontal partition
24 - Клемма24 - Terminal
25 - Отверстие для входа воздуха из электровентилятора в наружном корпусе25 - Air inlet hole from the electric fan in the outer casing
26 - Электровентилятор26 - Electric fan
27 - Отверстие для выхода воздуха из наружного корпуса.27 - Hole for air to escape from the outer casing.
Предлагаемый автономный аккумуляторный модуль содержит последовательно установленные аккумуляторные ячейки 1 призматической формы с литий-ионным полимерным электролитом.The proposed autonomous battery module contains sequentially installed battery cells 1 of a prismatic shape with a lithium-ion polymer electrolyte.
Аккумуляторные ячейки 1 расположены вертикально параллельно друг другу таким образом, чтобы отрицательные и положительные контакты соседних ячеек располагались друг против друга. Каждая ячейка 1 содержит выступ 2 и заполненную 3 электролитом часть. Выступ 2 ячейки сверху содержит анод и катод, переходящие в контакты 4. Контакты 4 аккумуляторных ячеек 1 проходят сквозь прорези в монтажной пластине 5 и зафиксированы прижимными планками 6. Планки 6 крепятся к монтажной пластине винтами, что обеспечивает прижим.The battery cells 1 are arranged vertically parallel to each other so that the negative and positive contacts of adjacent cells are located opposite each other. Each cell 1 contains a
Контроль параметров и нивелирования разбалансировки напряжений аккумуляторных ячеек осуществляют три электронных блока 7, к ним подсоединены контакты 4 ячеек 1. Находятся они в верхней части аккумуляторного модуля над монтажной пластиной 5 и закреплены на ней на стойках 8, которые выполняют роль крепежных элементов.The parameters and the leveling of the unbalance of the voltage of the battery cells are controlled by three electronic units 7, the contacts of the 4 cells 1 are connected to them. They are located in the upper part of the battery module above the mounting
Между всеми ячейками расположены вертикальные проставки 9, выполненные в виде прямоугольных пластин, из диэлектрического материала, оснащенные клеевым слоем на поверхностях, контактирующих с аккумуляторными ячейками 1. Вертикальные проставки 9 обеспечивают равномерное распределение ячеек в модуле и гарантируют наличие воздушных каналов между ячейками. Проставки 9 предотвращают соприкосновение ячеек друг с другом. Воздух, проходящий по этим каналам, охлаждает ячейки в процессе их работы. Проставки 9 равноудалены от краев заполненной 3 электролитом части аккумуляторных ячеек и расположены вертикально, с расстоянием между двумя проставками большим, чем от проставки до края ячейки 1. Клеевое соединение обеспечивает упрощение процесса сборки аккумуляторного модуля, разборки в случае неисправности аккумуляторной ячейки, а также уменьшение массы автономного аккумуляторного модуля.Between all cells there are
Для направления воздушных потоков аккумуляторный модуль имеет внутренний корпус, выполненный в виде четырех пластин, соединенных друг с другом по контуру аккумуляторных ячеек системой «шип-паз», образовывая две боковых, заднюю и переднюю стенки 10. К передней и задней стенкам 10 подсоединены проставки 9, которые предотвращают соприкосновение ячеек с внутренним корпусом. Для защиты от механических воздействий аккумуляторный модуль снабжен наружным корпусом, выполненным из пластин, образующих две верхних боковых 11, две нижних боковых 12, верхнюю заднюю 13, нижнюю заднюю 14, верхнюю переднюю 15, нижнюю переднюю 16 стенки, крышку 17, основание 18, которые закреплены на металлическом каркасе 19, выполненным из профильных труб, с помощью крепежных элементов 20. Нижние 12, 14, 16 и верхние 11, 13, 15 стенки наружного корпуса, соответствующих сторон, соединены друг с другом пазовым соединением так же, как и нижние боковые 12, нижняя задняя 14, нижняя передняя 16 стенки с основанием 18 наружного корпуса, и верхние боковые 11 и верхняя задняя 13, верхняя передняя 15 стенки с крышкой 17 наружного корпуса. Каркас 19, наружный и внутренний корпусы образуют воздушные каналы для охлаждения аккумуляторных ячеек 1.To direct the air flows, the battery module has an inner case made in the form of four plates connected to each other along the contour of the battery cells by a thorn-groove system, forming two side, rear and
Аккумуляторные ячейки 1 опираются на две расположенные продольно планки 21, с которыми соединены снизу стенки 10 внутреннего корпуса изнутри, образуя основание. Планки 21 опираются на каркас 19 и приварены к нему.The battery cells 1 are supported by two longitudinally arranged
В пространстве между внутренним и наружным корпусами в нижней части аккумуляторного модуля установлен распределитель воздуха 22, формирующий канал переменного сечения. Боковые стенки, образованные пластинами внутреннего корпуса также выполнены скошенными для формирования воздушного канала переменного сечения. Дополнительные горизонтальные перегородки 23, расположенные между стенками, внутреннего и наружного корпусов предотвращают возникновения завихрений в воздушном потоке, снижая аэродинамическое сопротивление и увеличивая интенсивность теплоотвода.An
К контактам первой и последней ячеек 1 с помощью прижимных планок 6 прикреплены клеммы 24, предназначенные для соединения с потребителем и зарядным устройством.To the contacts of the first and last cells 1 using clamping strips 6 are attached
Элементы обоих разборных корпусов выполнены из композитного материала, в основе которого лежат пластики, что обеспечивает уменьшение массы автономного аккумуляторного модуля с сохранением надежности конструкции, а также исключает возможность замыкания любого электрического контакта на корпус.The elements of both collapsible cases are made of composite material, which is based on plastics, which reduces the mass of an autonomous battery module while maintaining the reliability of the design, and also eliminates the possibility of shorting any electrical contact on the case.
Для более интенсивного охлаждения аккумуляторных ячеек 1, на передней нижней 16 стенке наружного корпуса аккумуляторного модуля выполнено отверстие 25, через которое поступает принудительно циркулируемый охлаждающий воздух от электровентилятора 26, а на задней нижней стенке 14 наружного корпуса выполнено отверстие 27 для выхода поступившего воздуха. Вентилятор 26 закреплен на наружном корпусе с помощью крепежных элементов 20. Размеры отверстия 25 на корпусе совпадают с размерами входного отверстия (на чертеже не показано) вентилятора 26.For more intensive cooling of the battery cells 1, an
Работа автономного аккумуляторного модуля разделена на два режима: заряд модуля и его разряд, осуществляемые в штатном режиме.The work of the autonomous battery module is divided into two modes: the module charge and its discharge, carried out in normal mode.
Тепловая энергия, выделяемая при циклировании аккумуляторных ячеек 1, передается с фронтальных поверхностей ячеек в предусмотренный в модуле воздушный зазор между ячейками 1. Проставки 9 формируют вертикальные каналы воздушного охлаждения ячеек 1, воздух по которым проходит от впускного отверстия 25 к выпускному отверстию 27 в корпусе.The heat energy released during the cycling of the battery cells 1 is transferred from the front surfaces of the cells to the air gap between the cells 1 provided in the module. The
Вентилятор 26 создает избыточное давление, под действием которого он поступает в воздушный зазор между наружным и внутренним корпусами. Проходя в нижней части аккумуляторного модуля воздух, равномерно разделяется по многочисленным зазорам между ячейками распределителем 22. Поднимаясь снизу вверх, по зазорам между ячейками, воздух отбирает излишки тепловой энергии, а затем выходит через отверстие в задней стенки в окружающую среду.The
Конструкция корпуса оптимизирована с целью равномерного распределения теплоносителя по воздушным зазорам между аккумуляторными ячейками 1 для более равномерного и эффективного охлаждения во время работы. Равномерность охлаждения позволяет увеличить надежность и долговечность аккумуляторного модуля и входящих в его состав аккумуляторных ячеек 1.The housing design is optimized in order to evenly distribute the coolant along the air gaps between the battery cells 1 for more uniform and efficient cooling during operation. The uniformity of cooling allows you to increase the reliability and durability of the battery module and its battery cells 1.
Поскольку, как известно, разбалансировка отдельных аккумуляторных ячеек 1 является отрицательным явлением в работе модуля, приводящим к уменьшению величины рабочего напряжения и уменьшению количества запасаемой энергии, что снижает значение электрической емкости модуля и, соответственно, сокращает запас хода электрического транспортного средства, а основных причин разбалансировки несколько, например: неидентичные характеристики ячеек 1, определяемые отклонениями во время производственного процесса, неодинаковое исходное состояние ячеек 1 перед установкой их в модуль, а также различное температурное состояние ячеек 1, то во время этих режимов очень важен контроль величины разбалансировки аккумуляторных ячеек 1, под которой подразумевается различие в значении оставшегося заряда отдельных ячеек 1.Since, as you know, the unbalance of individual battery cells 1 is a negative phenomenon in the operation of the module, leading to a decrease in the operating voltage and a decrease in the amount of stored energy, which reduces the electric capacity of the module and, accordingly, reduces the range of the electric vehicle, and the main reasons for the unbalance several, for example: non-identical characteristics of cells 1, determined by deviations during the production process, unequal initial state cells 1 before installing them in the module, as well as the different temperature state of cells 1, then during these modes it is very important to control the imbalance of the battery cells 1, which means the difference in the value of the remaining charge of the individual cells 1.
В предлагаемом модуле при достижении хотя бы одной аккумуляторной ячейкой 1 максимального/минимального значения по величине заряда/разряда ячейки блок управления 7 прекращает процесс заряда/разряда в соответствии с требованиями безопасности при эксплуатации аккумуляторных ячеек с литий-ионным полимерным электролитом, которые могут представлять пожароопасность при перезаряде/переразряде, характеризуемом выходом напряжения аккумуляторной ячейки 1 за допустимые пределы.In the proposed module, when at least one battery cell 1 reaches the maximum / minimum value in terms of the charge / discharge value of the cell, the control unit 7 stops the charge / discharge process in accordance with the safety requirements for the operation of battery cells with a lithium-ion polymer electrolyte, which can be a fire hazard overcharge / overdischarge, characterized by the output voltage of the battery cell 1 beyond the permissible limits.
Таким образом, за счет своей конструкции достигается повышение надежности эксплуатации автономного аккумуляторного модуля с воздушным охлаждением на базе литий-полимерных аккумуляторов призматической формы, увеличение его срока службы и расширение диапазона рабочих токов, сохраняя при этом уровень защищенности от механических повреждений и простую конструкцию.Thus, due to its design, it is possible to increase the reliability of operation of an autonomous air-cooled battery module based on prismatic lithium-polymer batteries, increase its service life and expand the range of operating currents, while maintaining a level of protection against mechanical damage and a simple design.
К тому же благодаря функциональным возможностям платы 27 конкурентным преимуществом предлагаемого автономного аккумуляторного модуля является возможность его самодиагностики, динамической оценки степени заряженности, коррекция выходных характеристик в зависимости, как от текущего состояния, так и от прогнозируемого.In addition, due to the functionality of the
Кроме того, за счет своей конструкции, а именно за счет уменьшения количества и массы корпусных деталей упрощается процесс изготовления и сборки аккумуляторного модуля и достигается увеличение удельной емкости модуля.In addition, due to its design, namely by reducing the number and mass of body parts, the manufacturing and assembly process of the battery module is simplified and an increase in the specific capacity of the module is achieved.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141990U RU197149U1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Autonomous battery module based on lithium polymer batteries |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141990U RU197149U1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Autonomous battery module based on lithium polymer batteries |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU197149U1 true RU197149U1 (en) | 2020-04-02 |
Family
ID=70151070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019141990U RU197149U1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Autonomous battery module based on lithium polymer batteries |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU197149U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754081C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-08-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гид" | Head body of the portable receiving excursion device |
RU222655U1 (en) * | 2023-11-16 | 2024-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Экологичные технологии" | BATTERY CASE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU142206U1 (en) * | 2013-11-07 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | AUTONOMOUS BATTERY MODULE ON THE BASIS OF LITHIUM-POLYMERIC BATTERIES |
RU2531504C2 (en) * | 2010-05-25 | 2014-10-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Complex of fuel cell and method of controlling it |
RU2636382C9 (en) * | 2011-12-21 | 2018-02-20 | Алево Интернешнл С.А. | Storage battery module with battery module case and battery cell element |
US20190011147A1 (en) * | 2015-08-20 | 2019-01-10 | Hutchinson | Modular assembly for a storage device or battery |
US10431811B1 (en) * | 2018-12-31 | 2019-10-01 | Sf Motors, Inc. | Electric vehicle battery cell having water-based Li-ion anode slurry and process of preparing same |
-
2019
- 2019-12-18 RU RU2019141990U patent/RU197149U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531504C2 (en) * | 2010-05-25 | 2014-10-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Complex of fuel cell and method of controlling it |
RU2636382C9 (en) * | 2011-12-21 | 2018-02-20 | Алево Интернешнл С.А. | Storage battery module with battery module case and battery cell element |
RU142206U1 (en) * | 2013-11-07 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | AUTONOMOUS BATTERY MODULE ON THE BASIS OF LITHIUM-POLYMERIC BATTERIES |
US20190011147A1 (en) * | 2015-08-20 | 2019-01-10 | Hutchinson | Modular assembly for a storage device or battery |
US10431811B1 (en) * | 2018-12-31 | 2019-10-01 | Sf Motors, Inc. | Electric vehicle battery cell having water-based Li-ion anode slurry and process of preparing same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754081C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-08-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гид" | Head body of the portable receiving excursion device |
RU222655U1 (en) * | 2023-11-16 | 2024-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Экологичные технологии" | BATTERY CASE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2337112B1 (en) | Battery pack and vehicle including the battery pack | |
KR101097226B1 (en) | Battery pack | |
US9912024B2 (en) | Battery block and battery module having same | |
KR102050025B1 (en) | Battery Pack of coolant direct contact cooling type | |
US10522799B2 (en) | Cell pack and container provided with same | |
KR101179307B1 (en) | Energy storage device module | |
KR20180041063A (en) | Battery module carrier and battery system | |
JPWO2019146438A1 (en) | Battery pack | |
CN215184379U (en) | Battery module, battery package and electric automobile | |
US20220285755A1 (en) | Top Cooling Type Battery Pack | |
CN110190232B (en) | Air-cooled soft package power battery box for locomotive | |
WO2013080338A1 (en) | Cell block and cell module having same | |
US20220149420A1 (en) | Battery unit and motor vehicle provided with at least one such unit | |
RU197149U1 (en) | Autonomous battery module based on lithium polymer batteries | |
EP3796463B1 (en) | Battery pack | |
EP3345243B1 (en) | Energy storage device with reduced temperature variability between cells | |
JP2015079655A (en) | Battery pack structure | |
JP7230553B2 (en) | battery structure | |
RU196615U1 (en) | Autonomous battery module based on lithium polymer batteries | |
CN116666829A (en) | Lithium battery module | |
RU142206U1 (en) | AUTONOMOUS BATTERY MODULE ON THE BASIS OF LITHIUM-POLYMERIC BATTERIES | |
CN116598638A (en) | Battery cell assembly, battery pack and electric equipment | |
CN215955392U (en) | Liquid cooling device for lithium ion battery module | |
EP3347933B1 (en) | Energy storage device having improved thermal performance | |
WO2014132331A1 (en) | Cell module and power storage facility |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20201020 |