RU2788540C1 - Система термостатирования литий-ионной батареи - Google Patents

Система термостатирования литий-ионной батареи Download PDF

Info

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
Application number
RU2022126216A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Михайлович Ярмощук
Михаил Юрьевич Чайка
Дмитрий Евгеньевич Силютин
Original Assignee
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗУМА" (ООО "СЭТРа")
Filing date
Publication date
Application filed by ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗУМА" (ООО "СЭТРа") filed Critical ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗУМА" (ООО "СЭТРа")
Application granted granted Critical
Publication of RU2788540C1 publication Critical patent/RU2788540C1/ru

Links

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)

  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.
RU2022126216A 2022-10-07 Система термостатирования литий-ионной батареи RU2788540C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788540C1 true RU2788540C1 (ru) 2023-01-23

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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