RU2788540C1 - Система термостатирования литий-ионной батареи - Google Patents
Система термостатирования литий-ионной батареи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788540C1 RU2788540C1 RU2022126216A RU2022126216A RU2788540C1 RU 2788540 C1 RU2788540 C1 RU 2788540C1 RU 2022126216 A RU2022126216 A RU 2022126216A RU 2022126216 A RU2022126216 A RU 2022126216A RU 2788540 C1 RU2788540 C1 RU 2788540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- battery
- temperature control
- ion
- cross
- Prior art date
Links
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к системе термостатирования литий-ионной батареи. Система содержит литий-ионную батарею в теплоизолированном корпусе, первый и второй внешние контуры теплоносителей. Внутренняя часть батареи содержит литий-ионные блоки, плиты термостатирования и систему трубопроводов. Литий-ионные блоки включают пластины теплосъема. Система трубопроводов содержит датчики температуры. Внутренняя часть батареи через электрически управляемые краны соединена с первым внешним контуром. Первый внешний контур включает соединенные системой трубопроводов с жидким теплоносителем: расширительный бачок, электрический проточный нагреватель, помпу, трехходовой электрически управляемый кран, теплообменник жидкость-газ. Теплообменник жидкость-газ связывает первый и второй внешние контуры. Второй внешний контур включает соединенные системой трубопроводов с газообразным теплоносителем фреоном: электрический компрессор, осушитель, расширительный клапан, датчик давления газа и радиатор с вентилятором. Система трубопроводов во внутренней части батареи выполнена в виде подпорной и основной магистралей. Подпорная входная магистраль имеет площадь поперечного сечения, равную 0,45 от площади поперечного сечения основной магистрали подачи. Плиты термостатирования выполнены с увеличением площади сечения каналов от периферии к внутренней части блока. Достигается поддержание оптимального температурного режима литий-ионной аккумуляторной батареи. 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции систем для охлаждения и подогрева литий-ионных аккумуляторных батарей, которые могут быть использованы в электромобилях, электробусах, а также в других областях энергетики.
Уровень техники
Из уровня техники известен ряд устройств для термостатирования аккумуляторных батарей.
Известно изобретение по патенту RU 2722217 В60Н 1/00 «Система термостатирования батарейного модуля и инвертора гибридного автомобиля», в котором раскрыта система термостатирования батарейного модуля.
В известном решении контур охлаждения построен на принципе циркуляции охлаждающей жидкости и охлаждения в радиаторе с обдувом вентилятором, подогрев обеспечивается от ДВС или предпускового подогревателя.
К недостаткам известного решения можно отнести то, что в нем не предусмотрен контур охлаждения, использующий фреон, что делает его менее эффективным. Также использование подогрева от ДВС делает менее эффективным процесс подогрева и не позволяет применять данную систему для электромобилей и электробусов.
Известно изобретение по патенту 2700158 В60K 11/02; F01P 3/20 «Устройство термостатирования агрегатов электромобиля», касающееся системы термостатирования агрегатов электромобиля, включая аккумуляторную батарею.
Описываемое решение имеет в составе механические краны, что исключает возможность полностью автоматизированного процесса управления данной системой.
Известное изобретение по патенту 2558657 Н01M/00 «Теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея» не содержит решений по охлаждению батареи при высоких температурах и высоком тепловыделении при работе батареи, что не позволяет использовать его в широком диапазоне температур.
В качестве аналога к предложенному изобретению можно указать решение по патенту на полезную модель 202152 B60L 58/26 B60L 58/27 «Устройство термостатирования тяговых батарей». Отличительной особенностью является отсутствие модульности данного решения и эффективных решений по выравниванию градиента температур в структуре батареи, что в целом снижает надежность эксплуатации батарей.
Предложенное изобретение направлено на преодоление отмеченных недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить решение технической задачи по созданию эффективной системы термостатирования, обеспечивающей поддержание оптимального температурного режима литий-ионной аккумуляторной батареи в широком температурном диапазоне окружающей среды.
Технический результат изобретения достигается, в частности, за счет применения решений, способствующих эффективному выравниванию градиента температур аккумуляторных ячеек, контуров охлаждения и подогрева и модульности конструкции.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанного выше, а также иных технических результатов, следующих из описания, предлагается система термостатирования литий-ионной батареи, содержащая, по меньшей мере, одну литий-ионную батарею в теплоизолированном корпусе, внутренняя часть которой содержит литий-ионные блоки, включающие пластины теплосъема, примыкающие к каждой литий-ионной ячейке, плиты термостатирования с каналами и систему трубопроводов для циркуляции жидкого теплоносителя с установленными в ней датчиками температуры, которая через электрически управляемые краны соединена с первым внешним контуром, включающим соединенные системой трубопроводов с жидким теплоносителем: расширительный бачок, электрический проточный нагреватель, помпу, трехходовой электрически управляемый кран, теплообменник жидкость-газ, посредством которого первый внешний контур связан со вторым внешним контуром, включающим соединенные системой трубопроводов с газообразным теплоносителем, например, фреоном: электрический компрессор, осушитель, расширительный клапан, датчик давления газа и радиатор с вентилятором, причем система трубопроводов во внутренней части батареи выполнена в виде двух магистралей - подпорной входной магистрали с площадью поперечного сечения равной 0,45 от площади поперечного сечения основной магистрали подачи, а плиты термостатирования каждого литий-ионного блока выполнены с переменным сечением каналов с увеличением площади сечения от периферии к внутренней части блока.
Осуществление изобретения
Для более полного понимания сущности изобретения в описании даны отсылки на позиции поясняющих чертежей, согласно которым представлены:
фиг. 1 - cистема термостатирования батареи;
фиг. 2 - литий-ионный блок с плитами термостатирования.
Характеристики и работоспособность литий-ионных аккумуляторных батареи напрямую зависят от температуры их эксплуатации. Эксплуатация и хранение литий-ионных аккумуляторных батарей при повышенных и особенно пониженных температурах, даже в границах рабочего диапазона, резко негативно сказывается на их основных характеристиках, таких как емкость, рабочие токи заряда и разряда, и прочих характеристиках, включая ресурс. А при пониженных температурах (до - 40 градусов Цельсия), как правило, невозможно использовать литий-ионные аккумуляторные батареи, и как следствие эксплуатировать электромобили, электробусы и другие решения, в которых данные батареи используются как основной источник электрического питания.
согласно фиг. 1 предложенная система термостатирования состоит из внутренней и внешней части, а также модуля управления с микропроцессорным управлением (не показан). Внутренняя часть (часть литий-ионной батареи 1) содержит литий-ионные блоки 2, включающие пластины теплосъема, примыкающие к каждой литий-ионной ячейке, плиты термостатирования с каналами и систему трубопроводов 3 и 4 для циркуляции жидкого теплоносителя, теплоизоляцию корпуса батареи (не показана), а также датчики температуры 5 и электрически управляемые краны 6.
Внешняя часть, содержит два контура: контур, включающий расширительный бачок 7, электрический проточный нагреватель 8, помпу 9, трехходовой электрически управляемый кран 10, теплообменник жидкость-газ 11, систему трубопроводов и жидкий теплоноситель; а также контур, включающий электрический компрессор 12, осушитель 15, расширительный клапан 17, датчик давления газа 16, радиатор 13 с вентилятором 14, а также систему трубопроводов с газообразным теплоносителем, например, фреоном.
Отличительными особенностями изобретения является наличием в объеме батареи подпорной входной магистрали 4 площадью поперечного сечения равной 0,45 от площади поперечного сечения основной магистрали подачи 3. Кроме того, предложено переменное сечение (S) каналов плит термостатирования каждого литий-ионного блока в пределах 20% (фиг. 2).
Технический результат изобретения достигается за счет применения решений, способствующих эффективному выравниванию градиента температур аккумуляторных ячеек, контуров охлаждения и подогрева и модульности конструкции.
Система трубопроводов внутренней части блока выполнена по двухтрубной схеме и имеет подпорную магистраль 4, при этом площадь поперечного сечения равна 0,45 от площади поперечного сечения основной магистрали подачи 3. Данное значение является оптимальным и определено экспериментально, при этом при меньших значениях выравнивание градиента температур будет незначительно, а при больших значениях будет происходить эффект обратного течения жидкости в основной магистрали, что не является допустимым.
Площадь сечения каналов плит термостатирования может различаться в пределах 20% в зависимости от компоновки батареи, при этом центральные плиты термостатирования имеют большую площадь сечения по сравнению с периферийными, что в совокупности обеспечивает выравнивание градиента температур между отдельными литий-ионными ячейками в объеме батареи.
Внешняя часть системы термостатирования может быть выполнена как в модульном исполнении в едином корпусе на единой рамной конструкции, так и в декомпонизированном, что обеспечивает широкие возможности по конструированию и компоновке отсеков электромобилей, электробусов и прочих применений.
При этом возможно решение по компоновке нескольких аккумуляторных батарей с параллельным гидравлическим подключением и внешней системы термостатирования.
Изобретение функционирует следующим образом.
Микропроцессорный модуль управления на основе данных от датчиков температуры и давления обеспечивает автоматическое управление помпой, электрическим проточным нагревателем, трехходовым электрически управляемым клапаном и электрическим компрессором. При этом при низких температурах окружающей среды трехходовой клапан оказывается закрытым относительно контура системы термостатирования, обеспечивающего охлаждение - контура с фреоном, электрический нагреватель обеспечивает нагрев и поддержание температуры жидкого теплоносителя в оптимальном диапазоне. При высоких температурах окружающей среды, а также при избыточном тепловыделении литий-ионных ячеек трехходовой клапан оказывается открытым относительно контура системы, обеспечивающего охлаждение, и посредством работы электрического компрессора, вентилятора и прочих компонентов происходит охлаждение жидкого теплоносителя в теплообменнике в оптимальном температурном диапазоне.
Таким образом, благодаря применению решений, способствующих эффективному выравниванию градиента температур аккумуляторных ячеек, а также контуров охлаждения и подогрева, обеспечивается поддержание оптимального температурного режима литий-ионной аккумуляторной батареи в широком температурном диапазоне окружающей среды, и, следовательно, надежности эксплуатации батарей.
Claims (1)
- Система термостатирования литий-ионной батареи, содержащая по меньшей мере одну литий-ионную батарею в теплоизолированном корпусе, внутренняя часть которой содержит литий-ионные блоки, включающие пластины теплосъема, примыкающие к каждой литий-ионной ячейке, плиты термостатирования с каналами и систему трубопроводов для циркуляции жидкого теплоносителя с установленными в ней датчиками температуры, которая через электрически управляемые краны соединена с первым внешним контуром, включающим соединенные системой трубопроводов с жидким теплоносителем: расширительный бачок, электрический проточный нагреватель, помпу, трехходовой электрически управляемый кран, теплообменник жидкость-газ, посредством которого первый внешний контур связан со вторым внешним контуром, включающим соединенные системой трубопроводов с газообразным теплоносителем, например фреоном: электрический компрессор, осушитель, расширительный клапан, датчик давления газа и радиатор с вентилятором, причем система трубопроводов во внутренней части батареи выполнена в виде двух магистралей - подпорной входной магистрали с площадью поперечного сечения, равной 0,45 от площади поперечного сечения основной магистрали подачи, а плиты термостатирования каждого литий-ионного блока выполнены с переменным сечением каналов с увеличением площади сечения от периферии к внутренней части блока.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788540C1 true RU2788540C1 (ru) | 2023-01-23 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558657C2 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | Теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея |
RU2700158C1 (ru) * | 2018-11-13 | 2019-09-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Устройство термостатирования агрегатов электромобиля |
RU2722217C1 (ru) * | 2019-06-26 | 2020-05-28 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | Система термостатирования батарейного модуля и инвертора гибридного автомобиля |
RU202152U1 (ru) * | 2020-09-28 | 2021-02-04 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | Устройство термостатирования тяговых батарей |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558657C2 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | Теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея |
RU2700158C1 (ru) * | 2018-11-13 | 2019-09-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Устройство термостатирования агрегатов электромобиля |
RU2722217C1 (ru) * | 2019-06-26 | 2020-05-28 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | Система термостатирования батарейного модуля и инвертора гибридного автомобиля |
RU202152U1 (ru) * | 2020-09-28 | 2021-02-04 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | Устройство термостатирования тяговых батарей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103287252B (zh) | 电动车热管理系统 | |
Teng et al. | An analysis of a lithium-ion battery system with indirect air cooling and warm-up | |
CN206461037U (zh) | 一种燃料电池系统以及燃料电池汽车 | |
US20150380783A1 (en) | Method and device providing the temperature regulation of a rechargeable electrical energy storage battery | |
CN108520991B (zh) | 一种新型车载锂离子电池的热管理系统 | |
CN105501071B (zh) | 汽车热管理系统 | |
KR101751673B1 (ko) | 예열기능을 구비한 수냉식 배터리팩 냉각시스템 | |
CN112886093A (zh) | 一种主动控制型全浸没式液冷动力电池热管理系统 | |
CN113782868B (zh) | 一种新型的电动汽车两相浸没式液冷系统与冷启动系统 | |
WO2008147598A2 (en) | Battery cooling system and methods of cooling | |
CN108232238B (zh) | 一种燃料电池系统、控制方法以及燃料电池汽车 | |
CN112599888A (zh) | 基于平板式脉动热管和液冷系统组合的电池热管理系统及温控方法 | |
CN103682511A (zh) | 电动汽车 | |
WO2023134198A1 (zh) | 一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆 | |
US20080292945A1 (en) | Battery heating system and methods of heating | |
CN113659230A (zh) | 电池包热管理系统及其控制方法、车辆 | |
CN106025442B (zh) | 一种用于混合动力车辆的加热系统及其控制方法 | |
CN113771699B (zh) | 一种基于涡流加热的两相浸没式液冷电动汽车冷启动系统 | |
CN109301386B (zh) | 一种汽车动力电池的加热冷却系统 | |
CN205303622U (zh) | 一种液体换热电池模块结构 | |
RU2788540C1 (ru) | Система термостатирования литий-ионной батареи | |
CN112886096A (zh) | 基于相变材料的锂离子动力电池组主动热管理系统 | |
RU215059U1 (ru) | Термостатированная батарея | |
Sukkam et al. | Overview of machine learning applications to battery thermal management systems in electric vehicles | |
CN105449311A (zh) | 一种液体换热电池模块结构 |