RU217457U1

RU217457U1 - Radiator for battery temperature control system

Info

Publication number: RU217457U1
Application number: RU2022134108U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Анатольевич Попович; Павел Александрович Новиков; Константин Андреевич Пушница; Александра Александровна Косенко
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-04-03

Abstract

Полезная модель относится к области электротранспорта, а именно батарейным блокам аккумулирования электроэнергии на борту транспортных средств, оснащенных электроприводом. Сущность полезной модели заключается в том, что радиатор для системы термостатирования аккумуляторной батареи включает канал с жидким теплоносителем и теплопроводящие элементы в виде металлических пластин, канал расположен внутри плоской металлической радиаторной пластины прямоугольной формы, состоящей из верхней и нижней плит, соединенных при помощи сварки трением с перемешиванием, канал для протекания жидкого теплоносителя выполнен в нижней плите, а вход и выход канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом, - в верхней плите, радиаторная пластина выполнена с возможностью установки теплопроводящих элементов перпендикулярно ее поверхности и дополнительно снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур, при этом вход и выход канала теплоносителя расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины вне этого контура, теплопроводящий элемент в виде стенки выполнен с охлаждающими ребрами, кроме того, в нем выполнены отверстия, обеспечивающие возможность подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха. Технический результат заключается в повышении эффективности теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей. 3 ил.

The utility model relates to the field of electric transport, namely, battery packs for storing electricity on board vehicles equipped with an electric drive. The essence of the utility model lies in the fact that the radiator for the battery temperature control system includes a channel with a liquid coolant and heat-conducting elements in the form of metal plates, the channel is located inside a flat rectangular metal radiator plate, consisting of upper and lower plates connected by friction welding with mixing, the channel for the flow of the liquid heat carrier is made in the lower plate, and the inlet and outlet of the channel in the form of through holes located above the channel - in the upper plate, the radiator plate is made with the possibility of installing heat-conducting elements perpendicular to its surface and is additionally equipped with a heat-conducting element in the form of a wall located along the perimeter of the plate and forming a closed loop, while the inlet and outlet of the coolant channel are located near the edge of one of the sides of the radiator plate outside this loop, the heat-conducting element in the form of a wall is made with cooling fins, in addition, holes are made in it, providing the possibility connecting an air heat exchanger with forced air circulation. The technical result consists in increasing the heat exchange efficiency of the radiator for the battery temperature control system. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротранспорта, а именно батарейным блокам аккумулирования электроэнергии на борту транспортных средств, оснащенных электроприводом, и может быть использована в прочих системах термостатирования, где необходим радиатор жидкостного охлаждения малого габарита, в частности в конструкции аккумуляторных контейнеров, устанавливаемых на электротранспортные средства.The utility model relates to the field of electric transport, namely, battery packs for storing electricity on board vehicles equipped with an electric drive, and can be used in other temperature control systems where a small-sized liquid cooling radiator is needed, in particular in the design of battery containers installed on electric vehicles.

Предлагаемая полезная модель - это масштабируемая модель плоского радиатора жидкостной системы термостатирования электротранспортного средства, способного отводить тепло от аккумуляторных ячеек в аккумуляторной батарее для их охлаждения или подводить к ним тепло для их нагрева в зависимости от соотношения температуры подаваемого внутрь теплоносителя и температуры аккумуляторных ячеек.The proposed utility model is a scalable model of a flat radiator of a liquid temperature control system of an electric vehicle capable of removing heat from the battery cells in the battery to cool them or supplying heat to them to heat them, depending on the ratio of the temperature of the coolant supplied inside and the temperature of the battery cells.

Известен способ жидкостного термостатирования аккумуляторных ячеек в аккумуляторном модуле тяговой аккумуляторной батареи [патент RU 2756389, опубл. 30.09.2021].A known method of liquid temperature control of battery cells in the battery module of the traction battery [patent RU 2756389, publ. 09/30/2021].

Аккумуляторный модуль состоит из аккумуляторных ячеек и содержит отводящие тепло теплопроводящие элементы, U-образные каналы по которым протекает жидкий теплоноситель, соединенные с входным каналом для протекания теплоносителя и выходным каналом протекания теплоносителя расположенными со стороны полюсных выводов. Каналы для протекания теплоносителя выполнены в виде U-образных трубок, установленных в фигурные выштамповки спаренных теплопроводящих элементов, которые вместе с аккумуляторными ячейками собирают в пакетную конструкцию, которую стягивают при сборке аккумуляторного модуля с помощью больших струбцин и механически фиксируют болтами к стенкам и уголкам аккумуляторного модуля.The battery module consists of battery cells and contains heat-conducting elements that remove heat, U-shaped channels through which the liquid coolant flows, connected to the inlet channel for the flow of the coolant and the outlet channel for the flow of the coolant located on the side of the pole terminals. The channels for the flow of the coolant are made in the form of U-shaped tubes installed in the curly punchings of the paired heat-conducting elements, which, together with the battery cells, are assembled into a package structure, which is pulled together when assembling the battery module using large clamps and mechanically fixed with bolts to the walls and corners of the battery module .

Одним из недостатков аналога является малая эффективность теплообмена.One of the disadvantages of the analogue is the low efficiency of heat transfer.

В качестве ближайшего аналога выбран радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей (патент RU 212340 U1, опубл. 18.07.2022). Радиатор для системы термостатирования аккумуляторной батареи, включающий канал с жидким теплоносителем и теплопроводящие элементы в виде металлических пластин. Канал расположен внутри плоской металлической радиаторной пластины прямоугольной формы, состоящей из верхней и нижней плит, соединенных при помощи сварки трением с перемешиванием. Канал для протекания жидкого теплоносителя выполнен в нижней плите, а вход и выход канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом - в верхней плите. Радиаторная пластина выполнена с возможностью установки теплопроводящих элементов перпендикулярно ее поверхности и дополнительно снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур, при этом вход и выход канала теплоносителя расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины вне этого контура. Верхняя и нижняя плиты дополнительно соединены при помощи электрозаклепок, при этом заклепки установлены в свободном пространстве между углублениями на верхней плите.As the closest analogue, a radiator for the battery temperature control system was chosen (patent RU 212340 U1, published on 07/18/2022). Radiator for battery temperature control system, including a channel with a liquid coolant and heat-conducting elements in the form of metal plates. The channel is located inside a flat rectangular metal radiator plate, consisting of an upper and lower plate connected by friction stir welding. The channel for the flow of the liquid heat carrier is made in the lower plate, and the inlet and outlet of the channel in the form of through holes located above the channel - in the upper plate. The radiator plate is made with the possibility of installing heat-conducting elements perpendicular to its surface and is additionally provided with a heat-conducting element in the form of a wall located along the perimeter of the plate and forming a closed loop, while the inlet and outlet of the coolant channel are located near the edge of one of the sides of the radiator plate outside this loop. The top and bottom plates are additionally connected with electric rivets, while the rivets are installed in the free space between the recesses on the top plate.

Нижняя плита радиаторной пластины выполнена из алюминиевого сплава с условным пределом текучести не менее 150 МПа.The lower plate of the radiator plate is made of aluminum alloy with a conditional yield strength of at least 150 MPa.

Основным недостатком ближайшего аналога является малая эффективность теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.The main disadvantage of the closest analogue is the low heat exchange efficiency of the radiator for the battery temperature control system.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.Thus, the technical problem to be solved by the proposed utility model is to increase the heat exchange efficiency of the radiator for the battery temperature control system.

Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что радиатор для системы термостатирования аккумуляторной батареи включает канал с жидким теплоносителем и теплопроводящие элементы в виде металлических пластин, канал расположен внутри плоской металлической радиаторной пластины прямоугольной формы, состоящей из верхней и нижней плит, соединенных при помощи сварки трением с перемешиванием, канал для протекания жидкого теплоносителя выполнен в нижней плите, а вход и выход канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом - в верхней плите, радиаторная пластина выполнена с возможностью установки теплопроводящих элементов перпендикулярно ее поверхности и дополнительно снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур, при этом вход и выход канала теплоносителя расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины вне этого контура, теплопроводящий элемент в виде стенки выполнен с охлаждающими ребрами, кроме того, в нем выполнены отверстия, обеспечивающие возможность подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха.The solution to this technical problem is achieved due to the fact that the radiator for the battery temperature control system includes a channel with a liquid coolant and heat-conducting elements in the form of metal plates, the channel is located inside a flat rectangular metal radiator plate, consisting of an upper and lower plates connected by welding friction with stirring, the channel for the flow of the liquid heat carrier is made in the bottom plate, and the inlet and outlet of the channel in the form of through holes located above the channel - in the upper plate, the radiator plate is made with the possibility of installing heat-conducting elements perpendicular to its surface and is additionally equipped with a heat-conducting element in the form walls located along the perimeter of the plate and forming a closed loop, while the inlet and outlet of the coolant channel are located near the edge of one of the sides of the radiator plate outside this loop, the heat-conducting element in the form of a wall is made with cooling fins, in addition, holes are made in it, providing the possibility of connecting an air heat exchanger with forced air circulation.

Таким образом, за счёт изменения конструкции теплопроводящего элемента в виде стенки, а именно оребрения стенки и добавления отверстий для подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха, достигается технический результат - повышение эффективности теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.Thus, by changing the design of the heat-conducting element in the form of a wall, namely, wall fins and adding holes for connecting an air heat exchanger with forced air circulation, a technical result is achieved - an increase in the heat exchange efficiency of a radiator for a battery temperature control system.

На прилагаемых к описанию чертежах дано:The drawings accompanying the description show:

Фиг. 1. Общая схема радиатора системы термостатирования.Fig. 1. General diagram of the radiator of the temperature control system.

Фиг. 2. Общий вид радиаторной пластины.Fig. 2. General view of the radiator plate.

Фиг. 3. Радиатор в сборе с аккумуляторными модулями.Fig. 3. Radiator assembly with battery modules.

Радиатор 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи состоит из плоской радиаторной пластины 2 прямоугольной формы и теплопроводящих элементов 3, размещенных на пластине перпендикулярно ее поверхности. Пластина может быть дополнительно снабжена теплопроводящим элементом 4 в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур.The radiator 1 for the battery temperature control system consists of a flat radiator plate 2 of a rectangular shape and heat-conducting elements 3 placed on the plate perpendicular to its surface. The plate can be additionally provided with a heat-conducting element 4 in the form of a wall located along the perimeter of the plate and forming a closed loop.

Теплопроводящий элемент 4 в виде стенки выполнен с охлаждающими ребрами 5 для пассивного отвода тепла, выделяемого аккумуляторными ячейками.The heat-conducting element 4 in the form of a wall is made with cooling fins 5 for passive removal of heat generated by the battery cells.

Для принудительного отвода и подвода тепла, в теплопроводящем элементе 4 в виде стенки выполнены отверстия 6 для подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха. Расположение отверстий 6 может быть разным, например, отверстия 6 могут быть расположены так, что воздушные потоки проходят в свободном пространстве между аккумуляторными ячейками. Для более эффективной работы воздушного теплообменника радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей можно снабдить крышкой (на чертежах не показана).For forced removal and supply of heat, holes 6 are made in the form of a wall in the heat-conducting element 4 for connecting an air heat exchanger with forced air circulation. The arrangement of the openings 6 may be different, for example the openings 6 may be arranged so that air flows through the free space between the battery cells. For more efficient operation of the air heat exchanger, the radiator for the battery temperature control system can be provided with a cover (not shown in the drawings).

Радиаторная пластина 2 состоит из верхней 7 и нижней 8 плит, соединенных при помощи сварки, в частности, может быть использована сварка трением с перемешиванием. Канал 9 для протекания теплоносителя выполнен в нижней 8 плите, а вход 10 и выход 11 канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом 9 - в верхней плите 7. Для удобства подключения подвода теплоносителя, вход 10 и выход 11 располагаются рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины 2. Вход 10 и выход 11 расположены вне теплопроводящего элемента 4 в виде стенки, образующей замкнутый контур, что позволяет избежать попадания теплоносителя на аккумуляторные ячейки в случае негерметичности соединения входа 10 или выхода 11.The radiator plate 2 consists of an upper plate 7 and a lower plate 8 connected by welding, in particular friction stir welding can be used. Channel 9 for the flow of the coolant is made in the bottom plate 8, and the inlet 10 and outlet 11 of the channel in the form of through holes located above the channel 9 - in the upper plate 7. For convenience of connecting the coolant supply, the inlet 10 and outlet 11 are located near the edge of one of sides of the radiator plate 2. Inlet 10 and outlet 11 are located outside the heat-conducting element 4 in the form of a wall forming a closed loop, which makes it possible to avoid the coolant entering the battery cells in case of leaks in the connection of inlet 10 or outlet 11.

Радиаторная пластина 2 и теплопроводящие элементы 3, 4, изготавливаются из металла.Radiator plate 2 and heat-conducting elements 3, 4 are made of metal.

Верхняя плита 7 и теплопроводящие элементы 4 выполнены из алюминия или алюминиевого сплава с теплопроводностью не менее 200 Вт/(м⋅град). Например, могут быть использованы сплавы АД0, А5 и др.The top plate 7 and the heat-conducting elements 4 are made of aluminum or an aluminum alloy with a thermal conductivity of at least 200 W/(m⋅deg). For example, alloys AD0, A5, etc. can be used.

Нижняя плита 8 и теплопроводящий элемент 4 в виде стенки выполнены из алюминиевого сплава с условным пределом текучести не менее 150 МПа, что обеспечивает более высокую прочность конструкции. Например, могут быть использованы сплавы АМг5, Д16 и др.The bottom plate 8 and the heat-conducting element 4 in the form of a wall are made of aluminum alloy with a conditional yield strength of at least 150 MPa, which ensures higher structural strength. For example, alloys AMg5, D16, etc. can be used.

Теплопроводящие элементы 3 с аккумуляторными ячейками, расположенные вплотную друг к другу образуют аккумуляторные модули 12. Теплопроводящие элементы 3 предназначены для теплообмена с аккумуляторными ячейками (один элемент прилегает к одной аккумуляторной ячейке). На наружной поверхности верхней 7 плиты выполнены углубления 13 прямоугольной формы, по размеру аккумуляторных модулей 12. Теплопроводящий элемент 3, выполняется с обеспечением возможности сопряжения с используемой аккумуляторной ячейкой, с применением теплопроводящего клеевого компаунда. Теплопроводящий элемент 3, представляет собой г-образный профиль, ширина которого не может превышать ширину углубления. Высота большей части г-образного элемента не должна превышать высоту тела применяемой аккумуляторной ячейки. Вылет нижней части г-образного профиля не должен превышать толщину применяемой аккумуляторной ячейки. Теплопроводящие элементы 3 поочередно устанавливают в углубление 13 и фиксируют при помощи разъемного (например, резьбового) или неразъемного (например, при помощи сварки, заклепок или теплопроводящего клея) соединения. К каждому установленному теплопроводящему элементу 3 на теплопроводящий клей крепят аккумуляторную ячейку, после чего устанавливают следующий теплопроводящий элемент 3.Heat-conducting elements 3 with battery cells located close to each other form battery modules 12. Heat-conducting elements 3 are designed for heat exchange with battery cells (one element is adjacent to one battery cell). Rectangular recesses 13 are made on the outer surface of the upper 7 plate, according to the size of the battery modules 12. The heat-conducting element 3 is made so as to be able to interface with the used battery cell, using a heat-conducting adhesive compound. The heat-conducting element 3 is an l-shaped profile, the width of which cannot exceed the width of the recess. The height of the greater part of the l-shaped element must not exceed the height of the body of the battery cell used. The projection of the lower part of the l-shaped profile must not exceed the thickness of the battery cell used. The heat-conducting elements 3 are alternately installed in the recess 13 and fixed with a detachable (for example, threaded) or one-piece (for example, by welding, rivets or heat-conducting adhesive) connection. To each installed heat-conducting element 3, a battery cell is attached to the heat-conducting adhesive, after which the next heat-conducting element 3 is installed.

На поверхности радиаторной пластины 2 под каждым углублением 13, соответствующим положению модуля 12, канал для протекания теплоносителя проходит не менее 1 раза.On the surface of the radiator plate 2 under each recess 13 corresponding to the position of the module 12, the channel for the flow of the coolant passes at least 1 time.

Более полное прилегание верхней 7 плиты к нижней 8 плите и дополнительная жесткость конструкции может быть обеспечена электрозаклепками. A more complete fit of the upper plate 7 to the lower plate 8 and additional structural rigidity can be provided with electric rivets.

Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить эффективность теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.Thus, the use of the utility model makes it possible to increase the heat exchange efficiency of the radiator for the battery temperature control system.

Функционирование полезной модели происходит следующим образом для случая охлаждения аккумуляторных ячеек: аккумуляторные ячейки прикрепляются к теплопроводящим элементам 3 с помощью клеевого теплопроводящего компаунда, во время работы аккумулятор нагревается, тепло с него переходит на теплопроводящий элемент 3, с теплопроводящего элемента тепло переходит на верхнюю 7 плиту, с которой тепло снимается протекающим под ней теплоносителем. Обязательным условием работы полезной модели является температура теплоносителя на входе 10 меньшая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выход 11. Также, используя воздушный теплообменник с принудительной прокачкой воздуха, через отверстия 6 прокачивается воздух с температурой меньшей, чем температура аккумуляторных ячеек, что позволяет отвести тепло от аккумуляторных ячеек. Благодаря оребрению на теплопроводящем элементе 4 в виде стенки происходит пассивный отвод тепла, выделяемого аккумуляторными ячейками.Functioning of the utility model is as follows for the case of cooling the battery cells: the battery cells are attached to the heat-conducting elements 3 with the help of an adhesive heat-conducting compound, during operation, the battery heats up, the heat from it passes to the heat-conducting element 3, the heat transfers from the heat-conducting element to the upper plate 7, from which heat is removed by the coolant flowing under it. A prerequisite for the operation of the utility model is the temperature of the coolant at the inlet 10 is lower than the temperature of the battery cells. The coolant exits from the radiator for the battery temperature control system through outlet 11. Also, using an air heat exchanger with forced air circulation, air with a temperature lower than the temperature of the battery cells is pumped through holes 6, which allows heat to be removed from the battery cells. Thanks to the fins on the heat-conducting element 4 in the form of a wall, the heat generated by the battery cells is passively removed.

Для случая подогрева аккумуляторных ячеек функционирование полезной модели происходит следующим образом: аккумуляторные ячейки прикрепляются к теплопроводящим элементам 3 с помощью клеевого теплопроводящего компаунда, теплоноситель с температурой выше температуры аккумулятора поступает на вход 10 радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи и нагревает верхнюю плиту 7, с верхней плиты 7 тепло переходит на теплопроводящий элемент 3, с теплопроводящих элементов 3 тепло передается на аккумуляторные ячейки. Обязательным условием работы полезной модели в данном случае, является температура теплоносителя на входе 10 большая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выход 11. Также, используя воздушный теплообменник с принудительной прокачкой воздуха, через отверстия 6 прокачивается воздух с температурой большей, чем температура аккумуляторных ячеек, что позволяет подвести тепло к аккумуляторным ячейкам.For the case of heating the battery cells, the utility model functions as follows: the battery cells are attached to the heat-conducting elements 3 using an adhesive heat-conducting compound, the coolant with a temperature higher than the battery temperature enters the radiator input 10 for the battery temperature control system and heats the top plate 7, from the top plate 7 the heat is transferred to the heat-conducting element 3, heat is transferred from the heat-conducting elements 3 to the battery cells. A prerequisite for the operation of the utility model in this case is the temperature of the coolant at the inlet 10 is greater than the temperature of the battery cells. The coolant exits from the radiator for the battery temperature control system through outlet 11. Also, using an air heat exchanger with forced air circulation, air with a temperature higher than the temperature of the battery cells is pumped through holes 6, which allows heat to be supplied to the battery cells.

Claims

A radiator for a battery temperature control system, including a channel with a liquid coolant and heat-conducting elements in the form of metal plates, the channel is located inside a flat rectangular metal radiator plate, consisting of upper and lower plates connected by friction stir welding, a channel for the flow of a liquid coolant made in the bottom plate, and the channel inlet and outlet in the form of through holes located above the channel - in the upper plate, the radiator plate is made with the possibility of installing heat-conducting elements perpendicular to its surface and is additionally equipped with a heat-conducting element in the form of a wall, located along the perimeter of the plate and forming a closed loop, while the inlet and outlet of the coolant channel are located near the edge of one of the sides of the radiator plate outside this loop, characterized in that the heat-conducting element in the form of a wall is made with cooling fins, in addition, holes are made in it, making it possible to connect an air heat exchanger with forced air circulation.