RU217459U1

RU217459U1 - Radiator for battery temperature control system

Info

Publication number: RU217459U1
Application number: RU2022134099U
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 заявляемой 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, 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, канал в нижней плите выполнен в виде нескольких прямолинейных каналов с неизменным сечением по длине, при этом каждый канал имеет индивидуальные вход и выход, входы и выходы каналов расположены рядом с краями сторон радиаторной пластины вне стенки, образующей замкнутый контур. В частном случае реализации технического решения каналы могут иметь шероховатость от 0,001 мм до 0,007 мм. Технический результат - повышение надежности конструкции радиатора. 1 з.п. ф-лы, 5 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 claimed utility model lies in the fact that the radiator for the temperature control system of the battery 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, 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, the channel in the bottom plate is made in the form of several straight channels with a constant section along the length, while each channel has an individual inlet and outlet, the inlets and outlets of the channels are located near the edges of the sides of the radiator plate outside the wall forming a closed loop. In a particular case of implementation of the technical solution, the channels may have a roughness from 0.001 mm to 0.007 mm. EFFECT: increased reliability of the radiator design. 1 w.p. f-ly, 5 ill.

Description

В 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.In the storage of electricity on board vehicles equipped with an electric drive, and can be used in other temperature control systems where a small-sized liquid-cooled 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-removing heat-conducting elements, 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 .

Недостатками аналога являются большое количество механических соединений, внутри которых протекает теплоноситель, что повышает вероятность протечки. Параллельное соединение U-образных каналов от одного входа приводит к разности давлений теплоносителя в первом и последнем U-образных каналах, что приводит к возникновению градиента температур по длине модуля - первый теплопроводящий элемент будет охлаждаться сильнее, чем последний теплопроводящий элемент. Отсутствие радиаторов между спаренными ячейками, приводит к созданию градиента температур в теле аккумулятора - в месте прилегания радиатора температура аккумулятора будет ниже, чем в месте соприкосновения двух ячеек.The disadvantages of the analogue are a large number of mechanical connections, inside which the coolant flows, which increases the likelihood of leakage. Parallel connection of U-shaped channels from one inlet leads to a pressure difference between the coolant in the first and last U-shaped channels, which leads to a temperature gradient along the length of the module - the first heat-conducting element will be cooled more than the last heat-conducting element. The absence of radiators between paired cells leads to the creation of a temperature gradient in the body of the battery - at the place where the radiator fits, the battery temperature will be lower than at the place where two cells come into contact.

В качестве ближайшего аналога выбран радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей (патент RU212340U1, 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.The radiator for the battery temperature control system was chosen as the closest analogue (patent RU212340U1, published on July 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 низкая надежность пластины с каналом для жидкого теплоносителя, возникающая вследствие высокого давления в канале, необходимого для прокачки теплоносителя.The main disadvantage of the closest analogue is the low reliability of the plate with a channel for the liquid coolant, which occurs due to the high pressure in the channel, which is necessary for pumping the coolant.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является снижение гидравлического сопротивления с сохранением производительности.Thus, the technical problem to be solved by the proposed utility model is the reduction of hydraulic resistance while maintaining productivity.

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, 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, канал в нижней плите выполнен в виде нескольких прямолинейных каналов с неизменным сечением по длине, при этом каждый канал имеет индивидуальные вход и выход, входы и выходы каналов расположены рядом с краями сторон радиаторной пластины вне стенки, образующей замкнутый контур. В частном случае реализации технического решения каналы могут иметь шероховатость от 0,001 мм до 0,007 мм.The solution to this technical problem is achieved due to the fact that the radiator for the temperature control system of the battery 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, a channel for the flow of liquid the coolant 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 of a wall, located along the perimeter of the plate and forming closed loop, the channel in the bottom plate is made in the form of several straight channels with a constant cross section along the length, while each channel has an individual inlet and outlet, the inlets and outlets of the channels are located near the edges of the sides of the radiator plate outside the wall forming a closed loop. In a particular case of implementation of the technical solution, the channels may have a roughness from 0.001 mm to 0.007 mm.

Таким образом, за счёт изменения конструкции нижней плиты, а именно формы каналов и расположения входов и выходов каналов, достигается снижение гидравлического сопротивления с сохранением производительности радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей, что позволяет уменьшить давление в каналах и достичь технического результата - повышения надежности конструкции радиатора.Thus, by changing the design of the bottom plate, namely the shape of the channels and the location of the inlets and outlets of the channels, a decrease in hydraulic resistance is achieved while maintaining the performance of the radiator for the battery temperature control system, which makes it possible to reduce the pressure in the channels and achieve a technical result - increasing the reliability of the radiator design .

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. Расположение каналов для протекания теплоносителя в радиаторной пластине.Fig. 3. Location of channels for the flow of coolant in the radiator plate.

Фиг. 4. Радиатор в сборе с аккумуляторными модулями.Fig. 4. Radiator assembly with battery modules.

Фиг. 5. Варианты протекания теплоносителя в каналах.Fig. 5. Options for the flow of coolant in the channels.

Радиатор 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи состоит из плоской радиаторной пластины 2 прямоугольной формы и теплопроводящих элементов 3, размещенных на пластине 2 перпендикулярно ее поверхности. Пластина снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки 4, расположенным вдоль периметра пластины 2 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 2 perpendicular to its surface. The plate is equipped with a heat-conducting element in the form of a wall 4, located along the perimeter of the plate 2 and forming a closed loop.

Радиаторная пластина 2 состоит из верхней 5 и нижней 6 плит, соединенных при помощи сварки, в частности, может быть использована сварка трением с перемешиванием. Каналы 7 для протекания теплоносителя выполнены в нижней плите 6, а вход 8 и выход 9 каналов в виде сквозных отверстий, расположенных над каналами - в верхней плите 5. Внутренняя поверхность каналов может быть с шероховатостью от 0,001 мм до 0,007 мм для уменьшения гидравлических потерь. Один из возможных вариантов протекания теплоносителя в каналах может быть следующим (фиг. 5а), входы 8 каналов 7 расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины 2, а выходы 9 каналов расположены с противоположного края радиаторной пластины 2. Возможны разные комбинации входов 8 и выходов 9, расположенных рядом с краем пластины 2, например, такие, как показаны на фиг. 5б и 5в: входы 8 и выходы 9 располагаются, в основном, попарно (фиг. 5б) или входы 8 и выходы 9 чередуются (фиг. 5в).The radiator plate 2 consists of a top plate 5 and a bottom plate 6 connected by welding, in particular friction stir welding can be used. The channels 7 for the flow of the coolant are made in the lower plate 6, and the inlet 8 and outlet 9 of the channels are in the form of through holes located above the channels - in the upper plate 5. The inner surface of the channels can be with a roughness of 0.001 mm to 0.007 mm to reduce hydraulic losses. One of the possible options for the flow of coolant in the channels can be as follows (Fig. 5a), the inputs 8 of the channels 7 are located near the edge of one of the sides of the radiator plate 2, and the outputs 9 of the channels are located on the opposite edge of the radiator plate 2. Various combinations of inputs 8 and outlets 9 located near the edge of the plate 2, such as those shown in FIG. 5b and 5c: inputs 8 and outputs 9 are arranged mainly in pairs (Fig. 5b) or inputs 8 and outputs 9 alternate (Fig. 5c).

Каждый вход 8 и выход 9 может быть связан с источником жидкости (на чертежах не показаны) при помощи гидравлической арматуры. Теплопроводящий элемент 4 в виде стенки, образующей замкнутый контур, входы 8 и выходы 9 расположены вне этого контура, что позволяет избежать попадания теплоносителя на аккумуляторные ячейки в случае негерметичности соединений входов 8 или выходов 9.Each inlet 8 and outlet 9 can be connected to a source of fluid (not shown in the drawings) using hydraulic fittings. The heat-conducting element 4 is in the form of a wall forming a closed loop, the inputs 8 and outputs 9 are located outside this loop, which makes it possible to avoid the coolant entering the battery cells in case of leaks in the connections of the inputs 8 or outputs 9.

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 5 и теплопроводящие элементы 3 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 5 and the heat-conducting elements 3 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 6 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 6 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 10. Теплопроводящие элементы 3 предназначены для теплообмена с аккумуляторными ячейками (один элемент прилегает к одной аккумуляторной ячейке. На наружной поверхности верхней плиты 5 выполнены углубления 11 прямоугольной формы, по размеру аккумуляторных модулей. 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 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.Heat-conducting elements 3 with battery cells, located close to each other, form battery modules 10. Heat-conducting elements 3 are designed for heat exchange with battery cells (one element is adjacent to one battery cell. On the outer surface of the top plate 5, there are recesses 11 of rectangular shape, in size battery modules.The heat-conducting element 3 is made with the possibility of interfacing 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 most of the l-shaped element is not must exceed the height of the body of the used battery cell.The protrusion of the lower part of the L-shaped profile must not exceed the thickness of the used battery cell.The heat-conducting elements 3 are alternately installed in the recess and fixed using a detachable (for example, threaded) or one-piece (for example, by welding, rivets or thermally conductive 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 is installed.

На поверхности радиаторной пластины под каждым углублением 11, соответствующим положению модуля, расположено не менее 1 канала.On the surface of the radiator plate, under each recess 11 corresponding to the position of the module, there is at least 1 channel.

Более полное прилегание верхней плиты 5 к нижней плите 6 и дополнительная жесткость конструкции может быть обеспечена электрозаклепками.A more complete fit of the upper plate 5 to the lower plate 6 and additional structural rigidity can be provided with electric rivets.

Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить надежность радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.Thus, the use of the utility model makes it possible to increase the reliability 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 плиту 5, с которой тепло снимается протекающим под ней теплоносителем. Обязательным условием работы полезной модели является температура теплоносителя на входах 8 меньшая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выходы 9.The operation 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 transfers to the heat-conducting element 3, the heat transfers from the heat-conducting element to the top plate 5, 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 inlets 8 is lower than the temperature of the battery cells. The coolant outlet from the radiator 1 for the battery temperature control system is carried out through outlets 9.

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 входы 8 радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи и нагревает верхнюю плиту, с верхней плиты 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 входах 8 большая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выходы 9.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 inputs 8 for the battery temperature control system and heats the top plate, heat from the top plate passes 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 inlets 8 is greater than the temperature of the battery cells. The coolant outlet from the radiator 1 for the battery temperature control system is carried out through outlets 9.

Claims

1. 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 an upper and lower plates, a channel for the flow of a liquid coolant is made in the bottom plate, and the entrance and exit 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, characterized in that that the channel in the bottom plate is made in the form of several straight channels with a constant cross section along the length, while each channel has an individual inlet and outlet, the inlets and outlets of the channels are located near the edges of the sides of the radiator plate outside the wall forming a closed loop.

2. A radiator for a battery temperature control system according to claim 1, characterized in that the channels have a roughness from 0.001 mm to 0.007 mm.