RU217560U1

RU217560U1 - Battery Module

Info

Publication number: RU217560U1
Application number: RU2022133560U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Анатольевич Попович; Павел Александрович Новиков; Константин Андреевич Пушница; Александра Александровна Косенко; Денис Юрьевич Конин
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-04-05

Abstract

Полезная модель относится к области энергообеспечения, а именно к аккумуляторным электрическим батареям, которые преимущественно используются для обеспечения питания малых электротранспортных средств. Расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи является техническим результатом, который достигается тем, что модуль аккумуляторной электрической батареи содержит корпус с отверстиями, в которых размещены аккумуляторные элементы, с возможностью теплопередачи между аккумуляторными элементами и корпусом, корпус выполняет функцию теплоотвода, проводящего тепло между наружными поверхностями аккумуляторных элементов и средством теплообмена, отверстия под аккумуляторные элементы выполнены сквозными, в каждом отверстии размещена изолирующая прокладка из диэлектрического материала, предотвращающая электрический контакт между аккумуляторным элементом и корпусом, корпус выполняет функцию средства теплообмена и представляет собой ячеистую структуру, выполненную в виде трехмерной монолитной решетки, состоящей из регулярно повторяющихся элементарных ячеек в форме бипирамиды, образованной из стержней, образующих ребра бипирамиды, соединенные с вершинами пирамид, образующих бипирамиду, при этом корпус изготовлен из порошка металла аддитивным методом. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

The utility model relates to the field of energy supply, namely to storage batteries, which are mainly used to provide power to small electric vehicles. The expansion of the functionality of the battery module is a technical result, which is achieved by the fact that the battery module contains a housing with holes in which the battery cells are placed, with the possibility of heat transfer between the battery cells and the housing, the housing performs the function of a heat sink that conducts heat between the outer surfaces battery cells and a heat exchange means, the holes for the battery cells are made through, in each hole there is an insulating gasket made of a dielectric material that prevents electrical contact between the battery cell and the housing, the housing acts as a heat exchange means and is a cellular structure made in the form of a three-dimensional monolithic grid, consisting of regularly repeating elementary cells in the form of a bipyramid, formed from rods forming the edges of a bipyramid, connected to the tops of the pyramids forming a bipyramid, while the body is made of metal powder by an additive method. 9 w.p. f-ly, 7 ill.

Description

Полезная модель относится к области энергообеспечения, а именно к аккумуляторным электрическим батареям, которые преимущественно используются для обеспечения питания малых электротранспортных средств.The utility model relates to the field of energy supply, namely to storage batteries, which are mainly used to provide power to small electric vehicles.

Известен модуль аккумуляторной электрической батареи, содержащий корпус, в котором выполнены сквозные параллельные отверстия, расположенные в шахматном порядке в плоскости, поперечной продольным осям отверстий, в каждом отверстии размещен цилиндрический аккумулятор, плотно контактирующий своей наружной цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью отверстия с возможностью теплопередачи между указанными контактирующими поверхностями (см. патентный документ RU 2636059 С2, опубл. 28.09.2017).A battery module is known, containing a housing in which through parallel holes are made, arranged in a checkerboard pattern in a plane transverse to the longitudinal axes of the holes, in each hole a cylindrical battery is placed, tightly contacting its outer cylindrical surface with the inner cylindrical surface of the hole with the possibility of heat transfer between the specified contact surfaces (see patent document RU 2636059 C2, publ. 28.09.2017).

Недостатком известного модуля являются ограниченные функциональные возможности.The disadvantage of the known module are limited functionality.

В качестве ближайшего аналога выбран модуль аккумуляторной электрической батареи (патент RU 192515 U1, опубл. 19.09.2019). Модуль аккумуляторной электрической батареи (фиг. 1а) содержит корпус, в котором выполнены отверстия, в каждом отверстии размещен аккумуляторный элемент, контактирующий своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью отверстия с возможностью теплопередачи между указанными контактирующими поверхностями, при этом аккумуляторные элементы обращены своими торцевыми поверхностями, которые противоположны их плюсовым токовыводам, в одну сторону, противоположную краю отверстия, в которое они введены, с обеспечением электрического контакта своих минусовых токовыводов непосредственно с корпусом, к корпусу подключен электрический токопровод, а плюсовой токовывод каждого аккумулятора электрически соединен с плюсовым токопроводом, при этом корпус выполнен в виде теплоотвода, проводящего тепло между наружными поверхностями аккумуляторных элементов и средством теплообмена, расположенным на торцевой стороне корпуса, противоположной поверхности с отверстиями, в которые введены аккумуляторные элементы.The battery electric battery module was chosen as the closest analogue (patent RU 192515 U1, published on September 19, 2019). The rechargeable electric battery module (Fig. 1a) contains a housing in which holes are made, in each hole there is a battery cell that contacts with its outer surface with the inner surface of the hole with the possibility of heat transfer between the specified contact surfaces, while the battery cells face their end surfaces, which are opposite to their positive current leads, in one direction, opposite to the edge of the hole into which they are inserted, ensuring electrical contact of their negative current leads directly with the housing, an electric current lead is connected to the body, and the positive current lead of each battery is electrically connected to the positive current lead, while the body is made in the form of a heat sink that conducts heat between the outer surfaces of the battery cells and the heat exchange means located on the end side of the housing, opposite the surface with holes into which the battery cells are inserted.

Отверстия под аккумуляторные элементы могут быть выполнены несквозными с глухой стенкой, при этом торцевая стенка аккумуляторного элемента контактирует с указанной глухой стенкой отверстия. Минусовой вывод аккумуляторного элемента расположен на его торцевой стенке, контактирующей с глухой стенкой. Средство теплообмена выполнено в виде воздушного теплообменника с охлаждающими ребрами. Плюсовые токовыводы аккумуляторных элементов связаны с плюсовым токопроводом посредством шины, закрепленной на корпусе посредством электроизолирующих прокладок. Поперечное сечение отверстия выполнено в форме многосторонней геометрической фигуры с вершинами и впадинами с возможностью контактирования внешней поверхности аккумуляторного элемента с частью внутренней поверхности отверстия.Holes for battery cells can be made non-through with a blank wall, while the end wall of the battery cell is in contact with the specified blank wall of the hole. The negative terminal of the battery cell is located on its end wall in contact with a blank wall. The heat exchange means is made in the form of an air heat exchanger with cooling fins. The positive current terminals of the battery cells are connected to the positive current conductor by means of a busbar fixed on the body by means of electrically insulating gaskets. The cross section of the hole is made in the form of a multilateral geometric figure with peaks and troughs with the possibility of contacting the outer surface of the battery element with a part of the inner surface of the hole.

Основным недостатком ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности модуля аккумуляторной электрической батареи, возникающие вследствие наличия электрического контакта между минусовым токовыводом и корпусом. The main disadvantage of the closest analogue is the limited functionality of the storage battery module, which occurs due to the presence of electrical contact between the negative current output and the housing.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.Thus, the technical problem to be solved by the utility model is to expand the functionality of the battery module.

Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что модуль аккумуляторной электрической батареи содержит корпус с отверстиями, в которых размещены аккумуляторные элементы, с возможностью теплопередачи между аккумуляторными элементами и корпусом, корпус выполняет функцию теплоотвода, проводящего тепло между наружными поверхностями аккумуляторных элементов и средством теплообмена, отверстия под аккумуляторные элементы выполнены сквозными, в каждом отверстии размещена изолирующая прокладка из диэлектрического материала, предотвращающая электрический контакт между аккумуляторным элементом и корпусом, корпус выполняет функцию средства теплообмена и представляет собой ячеистую структуру, выполненную в виде трехмерной монолитной решетки, состоящей из регулярно повторяющихся элементарных ячеек в форме бипирамиды, образованной из стержней, образующих ребра бипирамиды, соединенные с вершинами пирамид, образующих бипирамиду, при этом корпус изготовлен из порошка металла аддитивным методом.The solution to this technical problem is achieved due to the fact that the battery module contains a housing with holes in which the battery cells are placed, with the possibility of heat transfer between the battery cells and the housing, the housing performs the function of a heat sink that conducts heat between the outer surfaces of the battery cells and the heat exchange means, the holes for the battery cells are made through, in each hole there is an insulating gasket made of a dielectric material that prevents electrical contact between the battery cell and the housing, the housing acts as a means of heat exchange and is a cellular structure made in the form of a three-dimensional monolithic lattice consisting of regularly repeating elementary cells in the form of a bipyramid formed from rods forming the ribs of a bipyramid connected to the tops of the pyramids forming a bipyramid, while the body is made of metal powder by an additive method.

В частном случае реализации заявляемой полезной модели:In a particular case of the implementation of the claimed utility model:

- К корпусу со сторон токовыводов аккумуляторных элементов при помощи разъемных соединений присоединены крышки, изготовленные из диэлектрического материала.- Covers made of dielectric material are attached to the body from the sides of the current leads of the battery cells with the help of detachable connections.

- Токовыводы аккумуляторных элементов связаны с токопроводом посредством контактных шин, при этом токовыводы соединены с контактными шинами посредством пайки, сварки или электропроводящего клея.- The current leads of the battery cells are connected to the current conductor by means of contact bars, while the current leads are connected to the contact bars by soldering, welding or electrically conductive glue.

- Стержни, образующие ребра бипирамиды, имеют круглое сечение диаметром 1-3 мм.- The rods forming the ribs of the bipyramid have a circular section with a diameter of 1-3 mm.

- Элементарные ячейки могут быть вписаны в куб со стороной 8-12 мм.- Elementary cells can be inscribed in a cube with a side of 8-12 mm.

- Корпус изготовлен с помощью технологии селективного лазерного плавления.- The body is made using selective laser melting technology.

- Корпус выполнен из порошка бронзового или алюминиевого сплава.- The body is made of bronze or aluminum alloy powder.

- Корпус имеет форму цилиндра.- The case has the form of a cylinder.

- Шины изготовлены в виде единой детали для параллельного подключения аккумуляторных элементов.- Busbars are made as a single piece for parallel connection of battery cells.

- Шины изготовлены в виде множества деталей для последовательного подключения аккумуляторных элементов.- Tires are made in the form of many parts for serial connection of battery cells.

Таким образом, за счет изменения конструкции средства теплообмена, функцию которого выполняет корпус, представляющий собой ячеистую структуру, выполненную в виде трехмерной монолитной решетки и выполнения сквозных отверстий под аккумуляторные элементы, достигается технический результат - расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.Thus, by changing the design of the heat exchange means, the function of which is performed by the housing, which is a cellular structure made in the form of a three-dimensional monolithic lattice, and by making through holes for the battery cells, the technical result is achieved - expanding the functionality of the battery electric battery module.

Полезная модель поясняется при помощи чертежей.The utility model is illustrated with the help of drawings.

На фиг. 1 - корпус модуля аккумуляторной электрической батареи.In FIG. 1 - battery module housing.

На фиг. 2 - элементарная ячейка.In FIG. 2 - elementary cell.

На фиг. 3 - крышка модуля аккумуляторной электрической батареи.In FIG. 3 - battery module cover.

На фиг. 4 - параллельное подключение аккумуляторных элементов.In FIG. 4 - parallel connection of battery cells.

На фиг. 5 - последовательное подключение аккумуляторных элементов.In FIG. 5 - serial connection of battery cells.

На фиг. 6 - аккумуляторный элемент в изолирующей прокладке.In FIG. 6 - battery cell in an insulating gasket.

На фиг. 7 - модуль аккумуляторной электрической батареи.In FIG. 7 - battery electric battery module.

Модуль аккумуляторной электрической батареи содержит корпус 1 со сквозными отверстиями 2, в каждом из которых размещен аккумуляторный элемент 3. Аккумуляторные элементы 3 размещены с возможностью теплопередачи на корпус 1, которая осуществляется через изолирующие прокладки 4, находящиеся между стенками отверстий 2 и боковыми сторонами аккумуляторных элементов 3. Изолирующие прокладки 4 выполняют функцию изолятора и предотвращают электрические контакты токовыводов аккумуляторных элементов 3 с корпусом 1. Изолирующие прокладки 4 изготовлены из диэлектрического материала с высокими показателями теплопроводности.The rechargeable electric battery module contains a housing 1 with through holes 2, in each of which a battery cell 3 is placed. The insulating pads 4 act as an insulator and prevent electrical contacts between the current terminals of the battery cells 3 and the housing 1. The insulating pads 4 are made of a dielectric material with high thermal conductivity.

Корпус 1 выполняет функцию средства теплообмена и представляет собой трехмерную монолитную решетку из регулярно повторяющихся элементарных ячеек 5.Housing 1 performs the function of a heat exchange means and is a three-dimensional monolithic lattice of regularly repeating elementary cells 5.

Корпус 1 изготовлен при помощи аддитивных технологий, в частности методом 3D печати SLM. Материал корпуса 1 должен обладать высокими свойствами электропроводности и теплопроводности, а также быть доступен в виде порошка для аддитивных производств. Корпус 1 может быть выполнен, например, из порошка бронзовых или алюминиевых сплавов, в частности из порошка бронзового сплава БрХЦрТ В или порошка алюминиевого сплава АК9ч.The body 1 is made using additive technologies, in particular by SLM 3D printing. The material of the housing 1 must have high electrical and thermal conductivity properties, and be available in powder form for additive manufacturing. The body 1 can be made, for example, from a powder of bronze or aluminum alloys, in particular from a powder of a bronze alloy BrKhTsrT V or a powder of an aluminum alloy AK9ch.

Элементарная ячейка 5 представляет собой бипирамиду, образованную из стержней 6, образующих ребра пирамиды, соединенных в вершинах пирамиды. В зависимости от решаемых задач и размеров аккумуляторных элементов 3 элементарные ячейки 5 могут иметь разные размеры, а стержни 6 - разную форму сечения. В частности, стержни 6 могут иметь круглое сечение диаметром 1-3 мм, а элементарные ячейки 5 могут быть вписаны в куб со стороной 8-12 мм.Unit cell 5 is a bipyramid formed from rods 6, forming the edges of the pyramid, connected at the tops of the pyramid. Depending on the tasks to be solved and the size of the battery cells 3, elementary cells 5 may have different sizes, and the rods 6 may have different cross-sectional shapes. In particular, rods 6 can have a circular cross section with a diameter of 1-3 mm, and unit cells 5 can be inscribed in a cube with a side of 8-12 mm.

К корпусу 1 со стороны торцевых поверхностей при помощи разъемных соединений присоединены две крышки 7. Конструкция, обеспечивающая фиксацию крышек 7, может быть выполнена, например, следующим образом. В корпусе 1 могут быть выполнены сквозные отверстия 8, предназначенные для фиксации крышек 7 при помощи крепежных наборов 9. Крепежные наборы 9 могут содержать шпильку, шайбу и гайку, при этом шпилька вставляется в отверстие 8.Two covers 7 are attached to the body 1 from the side of the end surfaces by means of detachable connections. Through holes 8 can be made in the body 1, designed to fix the covers 7 with the help of fixing sets 9. Fixing sets 9 can contain a stud, washer and nut, while the stud is inserted into the hole 8.

Крышка 7, изготовленная из диэлектрического материала, содержит крепежный элемент 10, который может быть выполнен в виде выступа со сквозными отверстиями 11. Отверстия 11 используются для фиксации модуля по месту установки при помощи разъемных соединений, в частности при помощи винтов и гаек. The cover 7, made of a dielectric material, contains a fastening element 10, which can be made in the form of a protrusion with through holes 11. The holes 11 are used to fix the module at the installation site using detachable connections, in particular with screws and nuts.

Крышка 7 включает бобышку 12 с резьбовым отверстием под клемму 13. Клемма 13 касается токоведущей шины 14 одной своей стороной, а на другой стороне имеет разъемное соединение для подключения токовывода модуля аккумуляторной электрической батареи. Крышка 7 содержит отверстия 15, положение которых соответствует положению отверстий 8 корпуса 1. Отверстия 15 предназначены для крепления крышек 7 к корпусу 1 при помощи крепежных наборов 9.The cover 7 includes a boss 12 with a threaded hole for terminal 13. Terminal 13 touches the current-carrying busbar 14 on one side, and on the other side it has a detachable connection for connecting the current output of the storage battery module. The cover 7 contains holes 15, the position of which corresponds to the position of the holes 8 of the body 1. The holes 15 are intended for fastening the covers 7 to the body 1 using fixing sets 9.

Аккумуляторные элементы 3 находятся в отверстии 2 и могут быть обращены своими торцевыми поверхностями в одну либо в другую сторону, в частности аккумуляторные элементы могут быть расположены так, чтобы обеспечивалось их последовательное подключение в модуле. The battery cells 3 are located in the hole 2 and can be turned with their end surfaces in one direction or the other, in particular, the battery cells can be arranged so that they are connected in series in the module.

Изоляторы 16 находятся между корпусом 1 и токоведущими шинами 14. Каждый изолятор 16 имеет отверстия, соосные отверстиям 2 для аккумуляторных элементов 3 и отверстиям 8 для крепежных комплектов 9. Изоляторы 16 предотвращают контакт между токоведущими шинами 14 и корпусом 1. Изоляторы 16 изготовлены из диэлектрического материала.Insulators 16 are located between housing 1 and current-carrying bars 14. Each insulator 16 has holes coaxial with holes 2 for battery cells 3 and holes 8 for mounting kits 9. Insulators 16 prevent contact between current-carrying bars 14 and case 1. Insulators 16 are made of a dielectric material .

Токоведущая шина имеет неразъемное соединение с токовыводами каждого аккумуляторного элемента 3. Токоведущая шина изготовлена из материала с высокой электропроводностью. Токоведущая шина может быть в виде единой детали, при параллельном подключении аккумуляторных элементов, и в виде множества деталей при последовательном подключении.The current-carrying bus has a permanent connection with the current leads of each battery cell 3. The current-carrying bus is made of a material with high electrical conductivity. The current-carrying busbar can be in the form of a single part, when the battery cells are connected in parallel, and in the form of many parts, when connected in series.

Таким образом, использование ПМ позволяет расширить функциональные возможности модуля аккумуляторной электрической батареи.Thus, the use of PM allows you to expand the functionality of the battery module.

Описываемая полезная модель функционирует следующим образом. Во время сборки модуля аккумуляторной электрической батареи аккумуляторные элементы 3 располагаются в сквозных отверстиях 2 в соответствии с предполагаемой конфигурацией их подключения, а именно параллельного или последовательного подключения аккумуляторных элементов 3. Благодаря тому, что отверстия 2 сквозные и между корпусом 1 и аккумуляторным элементом 3 находятся изолирующие прокладки 4, не допускающие электрического контакта между корпусом 1 и аккумуляторным элементом 3, достигается расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.The described utility model functions as follows. During the assembly of the battery electric battery module, the battery cells 3 are located in the through holes 2 in accordance with the intended configuration of their connection, namely, parallel or series connection of the battery cells 3. Due to the fact that the holes 2 are through and between the housing 1 and the battery cell 3 there are insulating gaskets 4 that do not allow electrical contact between the housing 1 and the battery cell 3, the expansion of the functionality of the battery module is achieved.

Claims

1. A rechargeable electric battery module, containing a housing with holes in which battery cells are placed, with the possibility of heat transfer between the battery cells and the housing, the housing performs the function of a heat sink that conducts heat between the outer surfaces of the battery cells and the heat exchange means, characterized in that the holes for the battery the elements are made through, in each hole there is an insulating gasket made of a dielectric material that prevents electrical contact between the battery cell and the housing, the housing acts as a means of heat exchange and is a cellular structure made in the form of a three-dimensional monolithic lattice consisting of regularly repeating elementary cells in the form of a bipyramid formed from rods forming the ribs of a bipyramid connected to the tops of the pyramids forming a bipyramid, while the body is made of metal powder by an additive method.

2. The battery module according to claim 1, characterized in that covers made of dielectric material are attached to the body from the sides of the current leads of the battery cells using detachable connections.

3. The battery electric battery module according to claim 1, characterized in that the current leads of the battery cells are connected to the current conductor by means of contact bars, while the current leads are connected to the contact bars by soldering, welding or electrically conductive glue.

4. The battery module according to claim 1, characterized in that the rods forming the ribs of the bipyramid have a circular cross section with a diameter of 1-3 mm.

5. The battery module according to claim 1, characterized in that the unit cells can be inscribed in a cube with a side of 8-12 mm.

6. The battery module according to claim 1, characterized in that the body is made using selective laser melting technology.

7. The battery module according to claim 1, characterized in that the body is made of bronze or aluminum alloy powder.

8. The storage electric battery module according to claim 1, characterized in that the housing has the shape of a cylinder.

9. The battery module according to claim 1, characterized in that the tires are made in the form of a single piece for parallel connection of battery cells.

10. The battery module according to claim 1, characterized in that the tires are made in the form of a plurality of parts for serial connection of battery cells.