RU223341U1 - Модульная сборка аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью охлаждения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструктивному исполнению модульной сборки аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью охлаждения. Сущность полезной модели заключается в обеспечении повышенной эффективности охлаждения конструкции за счет плиты из теплопроводящего материала с размещенной на ней нижней рамки из электроизоляционного материала, в которой расположены аккумуляторы в углублениях с перфорированными дном, заполненным теплопроводящим компаундом, установкой верхней рамки из электроизоляционного материала, которая содержит окна, числом и формой соответствующими нижней рамке, а также применением прижимной рейки, опирающейся на стойки по краям сборки и прикрепленной к основанию и плите из теплопроводящего материала. Сочетание конструкции аккумулятор-компаунд-нижняя рамка-плита обеспечивает эффективное охлаждение аккумуляторов путем отбора нагретого воздуха от плиты с ростом скорости транспорта, при которой нагрев конструкции наибольший.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструктивному исполнению накопителей электроэнергии в виде модульной сборки аккумуляторных батарей (далее аккумуляторов) с повышенной эффективностью охлаждения. Подобные модульные сборки аккумуляторных батарей различаются: жидкостным, воздушным, газовым или комбинированным охлаждением. Последний вариант наиболее предпочтителен для электрического или гибридного электротранспорта и тягового электропривода.

Разработка накопителей электроэнергии является наиболее востребованной областью электротехники в части возобновляемых источников электроэнергии, тягового электропривода для транспорта, распределенной генерации и др. Типы аккумуляторов весьма разнообразны, начиная от литий-ионных, натрий-ионных до кислотных, а конструктивно отличаются призматической, ромбовидной, цилиндрической или другими формами. Наиболее востребованной является призматическая форма аккумуляторов, которая рассматривается далее.

Модульные сборки аккумуляторов работают в режимах: заряда, разряда и промежуточных режимах с выделением значительного тепла, которое необходимо снять с аккумуляторов, не допуская их перегрева, и рассеять в окружающем пространстве, решив задачу теплового охлаждения. Наряду с указанной задачей необходимо решить задачи механической прочности конструкции при перегрузках и вибрации, электрической прочности при импульсных и сетевых перенапряжениях, а также комбинированных воздействиях при отказах и авариях электрооборудования. Одновременно, ставится задача снижения массогабаритных показателей модульных сборок аккумуляторов при удешевлении производства для повышения надежности и энергоэффективности. Ключевым параметром модульных сборок аккумуляторов является их электрическая емкость при заданном напряжении и допустимый диапазон температур окружающей среды. Допустимый диапазон температур модульной сборки аккумуляторов определяет ее ресурс и требует реализации специальных технических решений.

Технической задачей полезной модели является модульная сборка аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью охлаждения, которая обеспечивает комбинированное охлаждение призматической формы аккумуляторов.

Известно техническое решение по патенту RU 2414778 С1, МПК Y02E 60/12 от 2011-03-20 «Буферный накопитель энергии», в котором между аккумуляторами установлены металлические теплообменные пластины с отбортовкой, образующей полку, причем под полками теплообменных пластин расположена теплообменная плита, в которой сделан зигзаообразный канал для прохода охлаждающей жидкости. Указанное техническое решение усложняет конструкцию за счет применения охлаждающей жидкости с возможностью протечек и не обеспечивает достаточной надежности.

Известно техническое решение по патенту RU 196615 U1, МПК Н01М 10/04 от 2020.03.10 «Автономный аккумуляторный модуль на базе литий-полимерных аккумуляторов», в котором между передней и задней опорными стенками расположены однотипные аккумуляторные ячейки, между которыми имеются каналы воздушного охлаждения, расположенные с постоянным интервалом. Указанное техническое решение не обеспечивает достаточную эффективность охлаждения при увеличении массогабаритных показателей за счет применения вентилятора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, которое принимается в качестве прототипа, является «Модульная сборка аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью охлаждения», RU 2479895 С2, МПК H01M 10/6568 от 2013-01-20, содержащая множество модулей аккумуляторных батарей, каждый из которых содержит множество элементов аккумуляторной батареи или единичных модулей, установленных в корпусе модуля в состоянии, в котором элементы аккумуляторной батареи или единичные модули соединены друг с другом последовательно, при этом модули аккумуляторных батарей расположены смежно друг с другом в боковом направлении в состоянии, в котором модули аккумуляторных батарей электрически соединены друг с другом. Указанное техническое решение с жидкостным охлаждением модулей и аккумуляторов усложняет конструкцию, увеличивает массогабаритные показатели за счет применения теплообменника и насоса.

Техническое решение поставленной задачи достигается выполнением следующей конструкции.

1. Модульная сборка аккумуляторных батарей, содержащая модули аккумуляторных батарей, каждые из которых содержат аккумуляторные батареи или единичные модули, установленные в корпусе и соединенные друг с другом последовательно или последовательно-параллельно, при этом модули аккумуляторных батарей расположены смежно друг с другом в боковом направлении и электрически соединены друг с другом, отличающаяся тем, что содержит верхнюю рамку из электроизоляционного материала, выполненную с возможностью вывода силовых шин, плиту из теплопроводящего материала с размещенной на ней нижней рамкой из электроизоляционного материала, в которой расположены аккумуляторы в углублениях с перфорированным дном, которое заполнено теплопроводящим компаундом.

2. Модульная сборка аккумуляторных батарей по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя рамка из электроизоляционного материала содержит окна, числом и формой соответствующие нижней рамке.

3. Модульная сборка аккумуляторных батарей по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя рамка из электроизоляционного материала покрыта прижимной рейкой, опирающейся на стойки по краям сборки и прикрепленной к плите из теплопроводящего материала.

Сущность технического решения заключается в обеспечении повышенной эффективности охлаждения конструкции за счет плиты из теплопроводящего материала с размещенной на ней нижней рамки из электроизоляционного материала, в которой расположены аккумуляторы в углублениях с перфорированными дном, заполненным теплопроводящим компаундом (п. 1), установкой верхней рамки из электроизоляционного материала, которая содержит окна, числом и формой соответствующими нижней рамке (п. 2), а также применением прижимной рейки, опирающейся на стойки по краям сборки и прикрепленной к плите из теплопроводящего материала (п. 3 формулы). Применение теплопроводящего компаунда при сниженных промежутках между аккумуляторами снижает массогабаритные показатели при сохранении эффективности охлаждения конструкции. Сочетание конструкции аккумулятор-компаунд-нижняя рамка-плита обеспечивает эффективное охлаждение аккумуляторов путем отбора нагретого воздуха от плиты с ростом скорости транспорта, при которой нагрев конструкции наибольший.

Сущность технического решения поясняется с помощью чертежей:

фиг. 1 - Общий вид конструкции модуля.

фиг. 2 - Технические решения конструкции модуля.

фиг. 3 - Общий вид модульной сборки аккумуляторных батарей.

На чертежах приняты обозначения:

1 - плита из теплопроводящего материала,

2 - рамка нижняя из электроизоляционного материала,

3 - компаунд теплопроводящий,

4 - аккумулятор,

5 - рамка верхняя из электроизоляционного материала,

5а - окна выхода силовых шин аккумуляторов,

6 - стойка,

7 - рейка прижимная,

8 - боковые замковые зацепления рамки нижней,

9 - отверстия крепления рамки нижней к плите из теплопроводящего материала,

10 - перфорированное дно рамки нижней для заливки теплопроводящим компаундом,

11 - паз для выхода теплопроводящего компаунда,

12 - паз для выхода теплопроводящего компаунда,

13 - боковые замковые зацепления рамки верхней,

14 - паз-ложемент в рамке верхней для установки рейки прижимной,

15 - отверстия крепления рейки прижимной и стойки к плите из теплопроводящего материала.

На фиг. 1 показан общий вид конструкции модуля, который размещен на плите из теплопроводящего материала 1, к которому прикреплена нижняя рамка 2 с компаундом теплопроводящим 3 под нижней поверхностью аккумулятора 4. Верхняя рамка 5 с окнами для выхода силовых шин 5а позволяет вывести и собрать силовые шины. Стойка 6 и рейка прижимная 7 крепят конструкцию модуля к плите из теплопроводящего материала 1.

На фиг. 2 показаны технические решения конструкции модуля, на котором боковые замковые зацепления рамки нижней 8 и отверстия крепления рамки нижней 9 к плите из теплопроводящего материала 1 обеспечивают сборку конструкции модуля. Перфорированное дно рамки нижней для заливки теплопроводящим компаундом 10 позволяет при заливке обеспечить выход компаунда через пазы 11, 12. Боковые замковые зацепления рамки верхней 13 позволяют обеспечить сцепление с другими модулями, обеспечив жесткость конструкции в поперечном направлении. Паз-ложемент в рамке верхней для установки рейки прижимной 14 обеспечивает фиксацию рейки, а отверстия крепления рейки прижимной и стойки 15 к плите из теплопроводящего материала 1 обеспечивают прочность конструкции в продольном направлении.

На фиг. 3 показан общий вид модульной сборки аккумуляторных батарей. Каждый ряд модулей стянут общей рейкой 7, закрепленной по концам конструкции стойками 6, что обеспечивает прочность в продольном направлении. В поперечном направлении каждый ряд модульных сборок сцеплен боковыми замковыми зацеплениями нижних рамок 8 и верхних рамок 13.

Анализ приведенных чертежей подтверждает выполнение технического решения в части повышенной эффективности охлаждения конструкции за счет сочетания аккумуляторов, теплопроводящего компаунда, нижней рамки и плиты из теплопроводящего материала. Электрическая прочность обеспечивается выполнением рамок из электроизоляционного материала. Механическая прочность обеспечивается удержанием аккумуляторов в окнах нижних и верхних рамок, которые прикреплены к плите из теплопроводящего материала рейками и стойками. Дополнительная жесткость конструкции обеспечена сцеплением верхних и нижних рамок с помощью боковых замковых зацеплений.

Модульная сборка аккумуляторных батарей работает следующим образом. После сборки конструкции осуществляется присоединение к выводам аккумуляторов силовых шин, устройств контроля, защиты и мониторинга. На оконечные выводы силовых шин подается от выпрямителя в составе генератора постоянное напряжение, которое заряжает аккумуляторы до номинального значения напряжения. Заряженная модульная сборка обеспечивает движение электротранспорта, вращая электродвигатели любого из движителей (колеса, винты, водометы или другие виды). В процессе движения возможна подзарядка модульной сборки, либо ее повторный заряд от стационарного зарядного устройства. В процессе заряда и разряда модульной сборки осуществляется контроль температуры аккумуляторов с помощью встроенных датчиков температуры, не допуская перегрева аккумуляторов. При отрицательных температурах окружающей среды к плите из теплопроводящего материала подводится дополнительный нагреватель. Замена модулей и аккумуляторов проводится достаточно просто снятием рейки с верхней рамкой или без снятия этой рамки, что упрощает ремонт и обслуживание.

Повышение эффективности охлаждения модульной сборки достигается увеличением объема, массы и удельной теплоемкости плиты, либо скорости обдува воздухом, либо увеличением площади обдува путем рифления нижней части плиты.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышенной эффективности охлаждения модульной сборки за счет отвода тепла от аккумуляторов через компаунд, нижнюю рамку и металлическую плиту (основание). Механическая и электрическая прочности конструкции обеспечиваются выбранными материалами и жесткой фиксацией аккумуляторов с помощью плиты, рамок, прижимных реек и стоек, а также боковых замковых зацеплений на рамках.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные вне зависимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для реализации модульной сборки аккумуляторных батарей;

для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims (3)

1. Модульная сборка аккумуляторных батарей, содержащая модули аккумуляторных батарей, каждые из которых содержат аккумуляторные батареи или единичные модули, установленные в корпусе и соединенные друг с другом последовательно или последовательно-параллельно, при этом модули аккумуляторных батарей расположены смежно друг с другом в боковом направлении и электрически соединены друг с другом, отличающаяся тем, что содержит верхнюю рамку из электроизоляционного материала, выполненную с возможностью вывода силовых шин, плиту из теплопроводящего материала с размещенной на ней нижней рамкой из электроизоляционного материала, в которой расположены аккумуляторы в углублениях с перфорированным дном, которое заполнено теплопроводящим компаундом.

2. Модульная сборка аккумуляторных батарей по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя рамка из электроизоляционного материала содержит окна, числом и формой соответствующие нижней рамке.

3. Модульная сборка аккумуляторных батарей по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя рамка из электроизоляционного материала покрыта прижимной рейкой, опирающейся на стойки по краям сборки и прикрепленной к плите из теплопроводящего материала.

Images