RU2791769C1

RU2791769C1 - Battery for electric vehicles with built-in electric heater

Info

Publication number: RU2791769C1
Application number: RU2022122204A
Authority: RU
Inventors: Кук Чин КАН; Сан Хён НАМ; Дэ Чон СОН
Original assignee: Энертек Интернэшнл, Инк.; Общество С Ограниченной Ответственностью "Рэнера" (Ооо "Рэнера"); Общество с ограниченной ответственностью "РЭНЕРА-Энертек" (ООО "РЭНЕРА-Энертек")
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: electric vehicle industry.

SUBSTANCE: battery for an electric vehicle with a built-in electric heater. The battery contains a plurality of battery cells, a housing, a battery module control circuit, a heater plate. The heater plate is located between the bottom surface of the housing and the battery module. The heater plate maintains thermal contact with the battery module due to the battery module's own load. Between the heater plate and the battery module, a thermal pad made of heat-conducting silicone material with adhesion can be installed. The bottom surface of the housing may have a frame structure to prevent sagging of the heater plate.

EFFECT: increasing of the thermal efficiency of the storage battery in a low-temperature environment.

5 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к аккумуляторной батарее для электромобиля и аккумуляторному блоку, имеющему встроенный обогреватель, способный нагревать аккумуляторный элемент для стабилизации работы аккумулятора в условиях низкой температуры.The present invention relates to a battery for an electric vehicle and a battery pack having a built-in heater capable of heating a battery cell to stabilize battery performance in a low temperature environment.

На мировом автомобильном рынке меняется тенденция развития автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на электромобили из-за растущих проблем загрязнения окружающей среды, связанных с выхлопными газами, ужесточения международных санкций, перспективы истощения запасов нефти и сохраняющихся высоких цен на нефть. Экологически чистые электромобили становятся мощной альтернативой для устойчивого развития окружающей среды, поскольку они считаются эффективным средством сокращения глобальных выбросов парниковых газов. Более того, из-за давления роста стоимости топлива потребители предпочитают автомобили с меньшими затратами на горючее, поэтому показатели продаж электромобилей и гибридных автомобилей в развитых странах увеличиваются.In the global automotive market, the trend of internal combustion engine vehicles towards electric vehicles is changing due to growing pollution problems related to exhaust gases, tightening international sanctions, the prospect of depleting oil reserves and continued high oil prices. Eco-friendly electric vehicles are emerging as a powerful alternative for environmental sustainability as they are seen as an effective means of reducing global greenhouse gas emissions. Moreover, due to the pressure of rising fuel costs, consumers prefer cars with lower fuel costs, so sales of electric vehicles and hybrid vehicles in developed countries are increasing.

Поэтому емкость и эффективность аккумуляторной батареи, которая является ключевым компонентом для работы электромобиля, становятся самым важным фактором для электромобиля, а пробег в соответствии с характеристиками становится большой проблемой. В связи с этим растет интерес производителей автомобилей и потребителей автомобилей к решению данной проблемы.Therefore, the capacity and efficiency of the battery pack, which is a key component for the operation of an electric vehicle, becomes the most important factor for an electric vehicle, and performance mileage becomes a big problem. In this regard, the interest of car manufacturers and car consumers in solving this problem is growing.

В обычной аккумуляторной батарее для электромобиля в основном используется свинцовая аккумуляторная батарея, но свинцовая аккумуляторная батарея используется в качестве источника питания автомобиля, и поэтому свинцовая аккумуляторная батарея имеет низкую емкость заряда по сравнению с весом и объемом. В связи с этим в основном используется батарея на основе лития.The conventional electric vehicle battery mainly uses a lead battery, but the lead battery is used as the power supply of the car, and therefore the lead battery has a low charge capacity compared to weight and volume. In this regard, a lithium-based battery is mainly used.

Аккумулятор – это устройство, в основном сконфигурированное для замены химической энергии на электрическую. Использование вторичного аккумулятора, который может заряжаться и разряжаться вместе из-за характеристик транспортного средства, является основной предпосылкой. A battery is a device primarily configured to replace chemical energy with electrical energy. The use of a secondary battery that can be charged and discharged together due to the characteristics of the vehicle is a basic premise.

Однако на химическую реакцию внутри аккумуляторной батареи влияют окружающие условия, такие как общая химическая реакция, и, в частности, температура. Например, в диапазоне высоких температур, где аномальные реакции могут снизить самостабильность и вызвать самоповреждение, может произойти самоповреждение батареи и возгорание транспортного средства.However, the chemical reaction inside the battery is affected by environmental conditions such as the overall chemical reaction, and in particular temperature. For example, in a high temperature range where abnormal reactions can reduce self-stability and cause self-damage, battery self-damage and vehicle fire may occur.

Напротив, в условиях низкой температуры и холодной атмосферы, когда химическая реакция ухудшается, аккумулятор может не проявлять достаточной эффективности, и в результате управление транспортным средством может быть затруднено.On the contrary, under conditions of low temperature and cold atmosphere, when the chemical reaction deteriorates, the battery may not show sufficient efficiency, and as a result, driving may be difficult.

Литий-ионный аккумулятор наиболее часто используется для электромобиля в Корее с четырьмя четко выраженными временами года, и в связи с этим трудно обеспечить достаточную мощность транспортному средству из-за ухудшения характеристик при низких температурах зимой. Эффективность заряда также снижается, поэтому аккумуляторная батарея не заряжается до ожидаемой емкости, и время зарядки увеличивается. Например, даже при температуре -6°C аккумуляторная батарея не заряжается полностью из-за увеличения сопротивления, а его мощность составляет 50% или меньше из-за деградации мощности, а также если аккумулятор постоянно используется при низкой температуре, срок его службы уменьшается, и вскоре наступает время замены.Lithium-ion battery is most commonly used for electric vehicle in Korea with four distinct seasons, and therefore it is difficult to provide sufficient power to the vehicle due to performance degradation in low temperatures in winter. The charging efficiency also decreases, so the battery does not charge to the expected capacity and the charging time increases. For example, even at a temperature of -6°C, the battery is not fully charged due to the increase in resistance, and its capacity is 50% or less due to power degradation, and if the battery is constantly used at a low temperature, its service life will decrease, and soon it will be time for a replacement.

Эта проблема усугубляется зимой, когда температура превышает минус десятки градусов по Цельсию в странах высоких широт, таких как Россия, Канада и Северная Европа, что может стать фатальным недостатком эксплуатации автомобилей, которые должны быть доступны в любое время года.This problem is exacerbated in winter, when temperatures reach minus tens of degrees Celsius in high latitude countries such as Russia, Canada and northern Europe, which can be a fatal drawback to the operation of cars that must be available at any time of the year.

Соответственно, в электромобиле используется средство, такое как обогреватель, способное нагревать батарею с помощью устройства, способного поддерживать температуру батареи в заранее определенном диапазоне, чтобы справиться со снижением эффективности из-за снижения температуры окружающей среды и проблемой эксплуатации автомобиля.Accordingly, the electric vehicle employs a means such as a heater capable of heating the battery with a device capable of maintaining the temperature of the battery within a predetermined range in order to cope with the decrease in efficiency due to the decrease in ambient temperature and the problem of vehicle operation.

Традиционно используемый метод нагрева батареи может состоять из прямого метода и косвенного метода. В качестве одного из прямых методов используется метод нагрева батареи при основном использовании фазового изменения нагревающей среды в непосредственном контакте с батареей, а в косвенном методе - фазы нагревающей среды. Может быть использован метод нагрева компонента батареи, служащего источником тепла, с помощью преобразования или приложения тепла путем приведения источника тепла батареи в контакт с теплоотводом батареи.The traditionally used battery heating method may be composed of direct method and indirect method. As one of the direct methods, the method of heating the battery is used, mainly using the phase change of the heating medium in direct contact with the battery, and in the indirect method, the phase of the heating medium. A method of heating the battery heat source component by converting or applying heat by bringing the battery heat source into contact with a battery heat sink may be used.

Эти методы являются методами, которые могут быстро нагреть батарею самостоятельно, но при использовании фазового перехода теплоносителя он включает случай, когда материал с фазовым переходом находится в жидком состоянии, поэтому необходимо индуцировать поток или циркуляцию жидкости и теплопередачу в процессе, для чего потребуется использовать дополнительные детали. В целом, возникает проблема в том, что увеличивается объем и вес аккумуляторного блока, усложняется его конструкция, а также может возникнуть проблема утечки жидкого материала в процессе. Утечка может воздействовать на открытые клеммные части в корпусе батарейного блока, вызывая серьезные проблемы, такие как короткое замыкание в батарейном блоке.These methods are methods that can quickly heat up a battery on their own, but when using a phase change coolant, it involves the case where the phase change material is in a liquid state, so it is necessary to induce fluid flow or circulation and heat transfer in the process, which will require the use of additional parts. . In general, there is a problem that the volume and weight of the battery pack increases, its structure becomes complicated, and there may be a problem of leakage of liquid material in the process. Leakage can affect the exposed terminal parts in the battery case, causing serious problems such as a short circuit in the battery pack.

Между тем, в литий-ионной батарее, используемой в электромобиле, множество элементов батареи тесно соединены друг с другом, образуя модуль, чтобы обеспечить стабильную емкость. Кроме того, множество модулей объединяются в блок аккумуляторов с достаточной емкостью. В некоторых случаях небольшое количество модулей может быть объединено для формирования субпакета, а субпакеты могут быть объединены для формирования целого аккумуляторного блока. Однако даже в этом случае субпакет можно рассматривать как разновидность батарейного блока.Meanwhile, in the lithium-ion battery used in an electric vehicle, a plurality of battery cells are closely connected to each other to form a module to ensure stable capacity. In addition, a plurality of modules are combined into a battery pack with sufficient capacity. In some cases, a small number of modules may be combined to form a sub-package, and sub-packages may be combined to form an entire battery pack. However, even in this case, the sub-package can be considered as a kind of battery pack.

В батарее электромобиля, включающей этот тип модуля, общий вес увеличен, и для его стабильного размещения и механической защиты используется корпус или кожух.In an electric vehicle battery incorporating this type of module, the overall weight is increased and a housing or shroud is used for its stable placement and mechanical protection.

Кроме того, поскольку батарея электромобиля подвергается вибрации и ударам в зависимости от условий движения транспортного средства, таких как состояние дорожного покрытия, необходимо спроектировать жесткость корпуса, чтобы реагировать на такие вибрации и удары. Если достаточная жесткость против вибрации и ударов не обеспечена, могут возникнуть проблемы деформации, такие как изгиб самого корпуса. Вследствие такой деформации может возникнуть дефектное крепление деталей внутри корпуса, повреждения и проблемы с работой батареи.In addition, since the battery of an electric vehicle is subject to vibration and shock depending on the driving conditions of the vehicle, such as the condition of the road surface, it is necessary to design the rigidity of the case to respond to such vibrations and shocks. If sufficient rigidity against vibration and shock is not provided, deformation problems such as bending of the housing itself may occur. Due to such deformation, defective fastening of parts inside the case, damage and problems with battery operation may occur.

Поэтому, когда аккумулятор электромобиля должен быть устойчиво и прочно прикреплен к кузову транспортного средства, используются средства крепления, такие как рама, кронштейн, болт и гайка, чтобы предотвратить легкое отделение модулей, цепей и других частей от их исходных положений, и обеспечить устойчивость к вибрациям и ударам в аккумуляторном блоке.Therefore, when the battery of an electric vehicle needs to be stably and firmly attached to the vehicle body, fastening means such as a frame, bracket, bolt, and nut are used to prevent modules, circuits, and other parts from being easily separated from their original positions, and ensure vibration resistance. and shock in the battery pack.

Однако в модуле электрические клеммы ячейки обычно устанавливаются так, чтобы они были видны сбоку или вверх для простоты подключения, а такие детали, как нагреватели, часто устанавливаются сбоку или сверху аккумуляторного модуля. При креплении модуля батареи к кронштейну винтами для установки модуля в корпус часто приходится работать сверху или сбоку.However, in a module, the cell's electrical terminals are usually mounted so that they are visible from the side or upwards for ease of connection, and parts such as heaters are often mounted on the side or top of the battery module. When attaching the battery module to the bracket with screws, you often have to work from the top or side to install the module into the chassis.

В общем, в аккумуляторном блоке крышка устанавливается так, чтобы можно было открыть верхнюю сторону корпуса контейнерного типа, чтобы открыть его, или, открыв боковую сторону корпуса, необходимо установить детали внутрь аккумулятора без необходимости вынимать аккумуляторный модуль или другие внутренние детали из аккумуляторной батареи, чтобы можно было проверить и отремонтировать проводку. Эта конфигурация, естественно, соответствует установке проводных клемм, датчиков, нагревателей, плат управления и других частей, связанных со схемой, сбоку или сверху модуля.In general, in the battery pack, the cover is installed so that the top side of the container-type case can be opened to open it, or by opening the side of the case, it is necessary to install the parts inside the battery without having to remove the battery module or other internal parts from the battery so that the wiring could be checked and repaired. This configuration naturally matches wiring terminals, sensors, heaters, control boards, and other circuit-related parts on the side or top of the module.

Когда модуль установлен в батарейном блоке, определенная сторона или верхняя сторона, которую легко увидеть снаружи, представляют собой сложную конфигурацию компонентов аккумуляторного блока из-за такой причины установки, что может вызывать взаимные помехи. В частности, в случае аккумуляторов для электромобилей, если количество модулей и количество элементов, составляющих модуль, увеличивается в аккумуляторной батарее, увеличиваются электропроводка для отвода питания автомобиля через их электрическую комбинацию, проводка для различных датчиков проверки состояния ячеек и модулей, цепи управления и проводка для контроля работы ячеек и модулей, в связи с чем скорее всего будут возникать помехи между ними.When the module is installed in the battery pack, a certain side or top side, which is easy to see from the outside, is a complicated configuration of the battery pack components due to the installation reason, which may cause mutual interference. In particular, in the case of batteries for electric vehicles, if the number of modules and the number of cells constituting a module are increased in the battery pack, the wiring for draining power to the vehicle through their electrical combination, the wiring for various sensors for checking the condition of cells and modules, the control circuits and the wiring for control of the operation of cells and modules, in connection with which there will most likely be interference between them.

Целью настоящего изобретения является создание аккумуляторной батареи для электромобиля, конструкция которой позволяет упростить проверку состояния, а также облегчает процесс решения проблем установки нагревателя элемента батареи в аккумуляторной батарее для электромобиля, и в целом, в возможности упрощения внутренней структуры аккумуляторной батареи.It is an object of the present invention to provide a battery for an electric vehicle, the structure of which makes it possible to simplify the status check, and also facilitates the process of solving the problems of installing a battery cell heater in a battery for an electric vehicle, and in general, to be able to simplify the internal structure of the battery.

Целью настоящего изобретения является создание аккумуляторной батареи для электромобиля, имеющей конструкцию, которая может легко повысить тепловую эффективность, когда элемент батареи нагревается для поддержания соответствующей температуры батареи в низкотемпературной среде.An object of the present invention is to provide a battery for an electric vehicle having a structure that can easily improve thermal efficiency when a battery cell is heated to maintain an appropriate battery temperature in a low temperature environment.

В настоящем изобретении для достижения вышеуказанной цели рассматривается аккумуляторный модуль, в котором объединено множество аккумуляторных элементов, и корпус, в который встроено множество аккумуляторных модулей. Кроме того, предусмотрен аккумуляторный блок для электромобиля, имеющий блок схемы управления для управления аккумуляторным модулем и нагревательную пластину, находящуюся в прямом или косвенном контакте с элементом для нагрева аккумуляторного элемента аккумуляторного модуля.In order to achieve the above object, the present invention considers a battery module that integrates a plurality of battery cells and a case that integrates a plurality of battery modules. In addition, a battery pack for an electric vehicle is provided, having a control circuit unit for controlling the battery module, and a heating plate in direct or indirect contact with the element for heating the battery cell of the battery module.

Нагревательная пластина расположена между днищем корпуса и модулем, при этом нагревательная пластина и модуль поддерживают контакт с помощью собственной нагрузки модуля.The heating plate is located between the bottom of the housing and the module, with the heating plate and the module maintaining contact with the module's own load.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы между пластиной нагревателя и модулем была установлена термопрокладка из материала, такого, как теплопроводящий силикон, обладающий адгезией, для увеличения адгезии при тепловом контакте.In the present invention, it is preferable that a thermal pad of a material such as a thermally conductive silicone having adhesion is installed between the heater plate and the module to increase thermal contact adhesion.

В настоящем изобретении, в дополнение к использованию собственного веса для поддержания контакта между пластиной нагревателя и модулем, может быть дополнительно предусмотрено простое упругое средство соединения в виде резиновой ленты или пружины.In the present invention, in addition to using its own weight to maintain contact between the heater plate and the module, a simple resilient connection means in the form of a rubber band or spring may be additionally provided.

В настоящем изобретении нагревательная пластина может быть соединена последовательно с выходным терминалом для приведения в движение транспортного средства аккумуляторной батареи для получения электрической энергии для выработки тепла Джоуля.In the present invention, a heating plate may be connected in series with an output terminal for driving a vehicle battery to produce electrical energy to generate Joule heat.

Согласно настоящему изобретению, нагреватель устанавливается на нижней поверхности, избегая боковой и верхней поверхности батарейного модуля, которые образуют сложную форму для подключения и установки обычной электропроводки, датчика, схемы управления, средств крепления и тому подобного. В целом, внутренняя структура батарейного блока может быть упрощена, а состояние клемм, датчиков и проводки через боковую или верхнюю поверхность может быть проверено легче, чем в известных ранее из уровня техники решениях.According to the present invention, the heater is installed on the bottom surface, avoiding the side and top surfaces of the battery module, which form a complex shape for connecting and installing conventional wiring, sensor, control circuit, fasteners, and the like. In general, the internal structure of the battery pack can be simplified and the condition of the terminals, sensors, and wiring through the side or top surface can be checked more easily than prior art solutions.

Согласно настоящему изобретению, контакт для передачи тепла между нагревателем и элементом батареи может поддерживаться естественным образом благодаря весу самого модуля батареи без каких-либо сложных устройств или средств для крепления. Общая эффективность нагрева батареи может быть улучшена за счет использования физического явления, при котором высокотемпературный воздух поднимается вверх.According to the present invention, the heat transfer contact between the heater and the battery cell can be naturally maintained by the weight of the battery module itself without any complicated attachment devices or means. The overall heating efficiency of the battery can be improved by taking advantage of the physical phenomenon in which high temperature air rises.

Фиг. 1 и 2 - вид в перспективе и вид в разобранном виде, схематично показывающие конфигурацию аккумуляторного блока, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 1 and 2 are perspective and exploded views schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 3 - частичный перспективный вид спереди и вид сбоку в поперечном сечении аккумуляторного блока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 3 is a partial perspective front view and a cross-sectional side view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 4 - частичный увеличенный вид, более подробно показывающий расположение и связь аккумуляторного модуля и нагревательной пластины, а также аспект перемещения тепла на виде сбоку в поперечном сечении, согласно Фиг. 3.Fig. 4 is a partial enlarged view showing in more detail the location and relationship of the battery module and the heating plate, and the heat transfer aspect in the cross-sectional side view of FIG. 3.

Фиг. 5 - вид в перспективе, схематически показывающий упрощенный батарейный модуль, представляющий собой вариант осуществления настоящего изобретения.Fig. 5 is a perspective view schematically showing a simplified battery pack that is an embodiment of the present invention.

Фиг. 6 - схематическая структурная концептуальная диаграмма для иллюстративного объяснения формы и способа расположения элемента батареи и нагревателя в модуле батареи.Fig. 6 is a schematic structural concept diagram for illustrative explanation of the shape and arrangement of a battery cell and a heater in a battery module.

Фиг. 7 - вид в перспективе пластины нагревателя, по существу, такой же, как пластина нагревателя, представляющая собой вариант осуществления настоящего изобретения, с верхней и нижней сторон.Fig. 7 is a perspective view of a heater plate substantially the same as the heater plate of the embodiment of the present invention from the top and bottom sides.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на конкретных примерах его осуществления со ссылкой на чертежи.Hereinafter, the present invention will be described in more detail on specific examples of its implementation with reference to the drawings.

Фиг. 1 и 2 представляют собой вид в перспективе и вид в разобранном виде, схематично показывающие конфигурацию аккумуляторного блока в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.Fig. 1 and 2 are perspective and exploded views schematically showing the configuration of a battery pack according to one embodiment of the present invention.

Батарейный блок, снабженный нагревателем, схематично представляет собой корпус (600), модуль батареи (100), обогреватель, имеющий пластину нагревателя (300) и разъем нагревателя (803), тепловую прокладку (400), крышку модуля (804), Он выполнен с крышкой (800), и, если смотреть схематично, два модуля батареи размещены в корпусе контейнерного типа с открытой верхней частью и закрыты крышкой.A battery pack equipped with a heater is schematically a housing (600), a battery module (100), a heater having a heater plate (300) and a heater connector (803), a thermal pad (400), a module cover (804), It is made with lid (800), and when viewed schematically, two battery modules are housed in an open-top container-type case and closed with a lid.

Фиг. 3 представляет собой вид спереди и вид сбоку в поперечном сечении, рассматриваемый сбоку, при этом перспективно показана часть спереди этого варианта осуществления изобретения, а Фиг. 2 представляет собой частичный увеличенный вид для более подробного объяснения положения и взаимосвязи между элементами и корпусом (600).Fig. 3 is a front view and a side cross-sectional view viewed from the side, showing a front portion of this embodiment in perspective, and FIG. 2 is a partial enlarged view for a more detailed explanation of the position and relationship between the elements and the housing (600).

Ссылаясь на эти чертежи, нагревательная пластина (300) установлена на днище корпуса (601) или на нижней поверхности, тепловая прокладка (400) установлена на нагревательной пластине (300), на ней установлен модуль батареи (100), где видно, что тепловая прокладка (400) находится в прямом контакте с увеличенной частью теплоотвода (101) модуля батареи (100).Referring to these drawings, the heating plate (300) is installed on the bottom of the housing (601) or on the bottom surface, the thermal pad (400) is installed on the heating plate (300), the battery module (100) is installed on it, where it can be seen that the thermal pad (400) is in direct contact with the enlarged part of the heat sink (101) of the battery module (100).

Части источника тепла (302 и 303) нагревательной пластины (300), тепловая прокладка (400) и увеличенная часть (101) нагревателя, открытая на нижней торцевой поверхности батарейного модуля (100), естественным образом прижимаются весом батарейного модуля. Для того чтобы сохранить это состояние, корпус должен быть снабжен опорной пластиной, составляющей нижнюю часть (601) корпуса.The heat source parts (302 and 303) of the heating plate (300), the heat pad (400), and the enlarged heater part (101) exposed on the lower end surface of the battery module (100) are naturally pressed by the weight of the battery module. In order to maintain this condition, the housing must be provided with a base plate constituting the lower part (601) of the housing.

Если нижняя часть провисает, пластина нагревателя также провисает и может провалиться между модулем батареи и модулем батареи. Предпочтительно сформировать на пластине каркасную структуру для предотвращения провисания днища, и эта каркасная структура может быть сформирована путем сгибания части дна или добавления кронштейна.If the bottom is sagging, the heater plate is also sagging and may fall between the battery module and the battery module. It is preferable to form a frame structure on the plate to prevent sagging of the bottom, and this frame structure can be formed by bending the bottom part or adding a bracket.

На задней (нижней поверхностной) части пластины нагревателя расположена изолирующая губка (301) для повышения эффективности нагрева аккумуляторного элемента (200) модуля путем предотвращения утечки тепла частей (302 и 303) источника тепла нагревателя через дно корпуса (601) или прикреплена изолирующая пенопластовая прокладка.An insulating sponge (301) is located on the rear (lower surface) part of the heater plate to improve the heating efficiency of the battery cell (200) of the module by preventing heat leakage of the heat source parts (302 and 303) of the heater through the bottom of the housing (601) or an insulating foam pad is attached.

Силовая линия (501) нагревателя собрана путем двойной изоляции с помощью изолирующей гильзы, причем гильза предпочтительно изготовлена из волокнистого материала с силиконовым покрытием, обладающего превосходной термостойкостью и сопротивлением напряжению. В пространстве между корпусом (600) и батарейным модулем (500) прокладывается силовая линия нагревателя (501), покрытая гильзой (Фиг. 3).The power line (501) of the heater is double insulated with an insulating sleeve, the sleeve being preferably made of silicon coated fibrous material having excellent heat resistance and voltage resistance. In the space between the housing (600) and the battery module (500), the power line of the heater (501) is laid, covered with a sleeve (Fig. 3).

Разъем (803), который выводится через отверстие между крышкой модуля (804) и крышкой батарейного блока (800) в верхней части батарейного блока, установлен на конце линии питания нагревателя, чтобы обеспечить простой ввод питания (Фиг. 2).A connector (803), which exits through an opening between the module cover (804) and the battery pack cover (800) at the top of the battery pack, is installed at the end of the heater power line to allow easy power input (FIG. 2).

На Фиг. 4 тепло, выделяемое пластиной нагревателя (300), передается на увеличенный теплоотвод (101), который представляет собой нагревательную структуру модуля, через термопрокладку (400), и теплоотвод (201) расположен в поверхностном контакте с элементом (200). Способ передачи показан стрелками.On FIG. 4, the heat generated by the heater plate (300) is transferred to the enlarged heat sink (101), which is the heating structure of the module, through the thermal pad (400), and the heat sink (201) is placed in surface contact with the element (200). The mode of transmission is shown by arrows.

Структура передачи тепла между модулем и нагревательной пластиной будет описана более подробно со ссылкой на Фиг. 5-7.The heat transfer structure between the module and the heating plate will be described in more detail with reference to FIG. 5-7.

Во-первых, рассматривая конфигурацию модуля, подходящего для аккумуляторного блока для электромобиля настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 5 и 6, в данном случае отдельные «мешочные» ячейки объединены для формирования аккумуляторного модуля в общем виде.First, considering the configuration of a module suitable for a battery pack for an electric vehicle of the present invention with reference to FIG. 5 and 6, in this case, individual "bag" cells are combined to form a battery module in general form.

В общем, минимальная структурная единица, способная заряжаться и разряжаться, имеющая энергию для изготовления батареи, выражается как ячейка, а батарея с желаемыми характеристиками, то есть блок батарей, изготавливается путем объединения этих ячеек. В данном случае аккумуляторный блок изготавливается путем последовательного и параллельного соединения нескольких «мешочных» ячеек, представляющих собой разновидность вторичного литий-ионного полимерного аккумулятора. Поскольку он обычно хорошо известен, данная часть подробно не рассматривается и не заявляется.In general, the smallest structural unit capable of being charged and discharged having the energy to make a battery is expressed as a cell, and a battery with desired characteristics, i.e., a battery pack, is made by combining these cells. In this case, the battery pack is made by connecting in series and parallel several "bag" cells, which are a type of secondary lithium-ion polymer battery. Because it is generally well known, this part is not discussed or claimed in detail.

Для формирования аккумуляторного модуля тонкий периметр или уплотнительная часть отдельных «мешочных» ячеек (200) помещается между левой вспомогательной (111) и правой рамой (113), образуя одну отдельную раму в форме четырехугольной рамы, и закрепляется, так что отдельная рама образует ячейки в сборе вместе с мешочными» ячейками. В этом случае в сборке чехла обе поверхности большой площади ячейки (200) открыты, а электродные выводы (202) ячейки (200) открыты через зазор между левой и правой подрамниками спереди и сзади ячейки.To form the battery module, a thin perimeter or sealing portion of the individual "bag" cells (200) is placed between the left subframe (111) and the right frame (113) to form one individual frame in the shape of a quadrangular frame, and secured so that the individual frame forms the cells in collection together with bag cells. In this case, in the cover assembly, both surfaces of the large area of the cell (200) are open, and the electrode terminals (202) of the cell (200) are open through the gap between the left and right subframes in front and behind the cell.

Теплоотвод (201), изготовленный из алюминиевой пластины с отличной теплопроводностью, расположен между двумя сборами ячеек, и теплоотвод (201) может обмениваться теплом, контактируя с поверхностями большой площади ячеек в сборе (левой и правой боковых поверхностей) двух соседних мешочных» ячеек. Передний конец алюминиевой пластины выведен вперед через зазор между двумя соседними отдельными рамами и имеет увеличенную часть (101) с увеличенной площадью для повышения эффективности теплообмена с нагревателем.The heat sink (201), made of an aluminum plate with excellent thermal conductivity, is located between the two cell assemblies, and the heat sink (201) can exchange heat by contacting the large area surfaces of the cell assembly (left and right side surfaces) of two adjacent bag cells. The front end of the aluminum plate is brought forward through the gap between two adjacent separate frames and has an enlarged part (101) with an increased area to improve the efficiency of heat exchange with the heater.

Увеличенная часть (101) может быть сформирована в Т-образной или L-образной форме на виде в плане или на виде горизонтального плоского поперечного сечения, при этом увеличенная часть (101) может быть сформирована путем сгибания части алюминиевой пластины, контактирующей с ячейками в сборе, или иметь форму с самого начала, когда алюминиевая пластина отливается под давлением.The enlarged portion (101) may be formed into a T-shape or an L-shape in a plan view or a horizontal planar cross-sectional view, wherein the enlarged portion (101) may be formed by bending a portion of the aluminum plate in contact with the cell assembly , or be shaped from the beginning when the aluminum plate is die-cast.

Множество ячеек в сборе расположены и перекрываются слева и справа. Поэтому лицевые стороны большой площади обращены друг к другу. Множество отдельных рамок пакета в сборе также расположены с левой и правой сторон. Отдельные рамы имеют сквозные отверстия, проходящие через отдельные рамы в левом и правом направлениях. Oдин длинный болт проходит через эти отверстия. А на конце болта набита гайка, поэтому множество ячеек в сборе образуют аккумуляторный модуль.The plurality of cells in the assembly are positioned and overlapped on the left and right. Therefore, the front sides of a large area face each other. A plurality of individual frames of the complete package are also located on the left and right sides. The individual frames have through holes passing through the individual frames in the left and right directions. One long bolt goes through these holes. And at the end of the bolt, a nut is stuffed, so many cells in the assembly form a battery module.

Для защиты аккумуляторного модуля на левом и правом концах множества расположенных в сборе чехлов установлена защитная панель в форме пластины. Защитная панель также имеет сквозные отверстия, совмещенные со сквозными отверстиями отдельных рам, так что они могут быть соединены вместе с множеством сборок ячеек с помощью болтов и гаек.To protect the battery module, a protective panel in the form of a plate is installed at the left and right ends of the plurality of assembled cases. The protective panel also has through holes aligned with the through holes of the individual frames so that they can be connected together with multiple cell assemblies using bolts and nuts.

Хотя электродная клемма «мешочных» ячеек здесь не показана, она соединена с частью схемы для модуля батареи, которая является соединителем с BMS и в основном составляет часть BMS через общий провод или провод типа FPCB. Элемент схемы для батарейного модуля может быть установлен на крышке, которая полностью или частично закрывает множество ячеек в сборе в верхней части батарейного модуля.Although the electrode terminal of the bag cells is not shown here, it is connected to the part of the circuit for the battery module, which is the BMS connector and basically forms part of the BMS through a common or FPCB type wire. The circuit element for the battery module may be mounted on a cover that fully or partially covers the plurality of cell assemblies on top of the battery module.

Таким образом один обогреватель (радиатор) может быть установлен между двумя ячейками, или же по одному радиатору может быть установлено между всеми ячейками в количестве, подходящем для передачи тепла в соответствии с потребностями окружающей среды и условиями нагрева.Thus, one heater (radiator) can be installed between two cells, or one radiator can be installed between all cells in a quantity suitable for heat transfer in accordance with the needs of the environment and heating conditions.

Когда два батарейных модуля помещаются в корпус в форме контейнера, их можно устойчиво зафиксировать в корпусе с помощью фиксирующего кронштейна, панели или рамы и соединительных средств в корпусе. При этом клеммы электродов батареи совместно соединяются последовательно и параллельно с электрическими клеммами для внешнего источника питания аккумуляторной батареи и электрическими клеммами BMS.When two battery modules are placed in the case in the form of a container, they can be stably fixed in the case with a fixing bracket, panel or frame and connecting means in the case. Here, the battery electrode terminals are jointly connected in series and in parallel with the electric terminals for the external battery power supply and the electric terminals of the BMS.

Хотя это и не проиллюстрировано здесь ясно, нагревательный провод пластины нагревателя может получать питание от линии электропередачи батареи для выработки тепла, и в этом случае пластина нагревателя может быть в конечном итоге электрически соединена с электрическим выводом элемента батареи.Although not clearly illustrated here, the heating wire of the heater plate may be powered by a battery power line to generate heat, in which case the heater plate may ultimately be electrically connected to the electrical terminal of the battery cell.

Использование такой пластины нагревателя с электрическим нагревом в качестве средства нагрева элемента батареи может значительно упростить внутреннюю структуру по сравнению с обычным методом, использующим фазовый переход нагревательного элемента, а линия питания для питания батареи используется непосредственно последовательно для работы. Это может привести к упрощению конструкции обогревателя, упрощению общей конфигурации аккумуляторной батареи и уменьшению увеличения объема и веса аккумуляторной батареи из-за компонентов.The use of such an electrically heated heater plate as a battery cell heating means can greatly simplify the internal structure compared to the conventional method using the heating element phase change, and the power line to power the battery is used directly in series for operation. This can lead to a simplification of the design of the heater, a simplification of the overall configuration of the battery pack, and a reduction in the increase in volume and weight of the battery pack due to the components.

Конечно, в этом случае используются средства блокировки тока, такие как термостат, предохранитель, которые могут предотвратить перегрев пластины нагревателя, а также средства контроля тока, такие как датчик тока, подключенный к BMS.Of course, in this case current blocking means such as a thermostat, a fuse that can prevent the heater plate from overheating, as well as current control means such as a current sensor connected to the BMS are used.

Что касается использования термопрокладки (400), то нагревательная пластина (300) обычно изготавливается из теплопроводящего жесткого тела, включающего нагревательный элемент, который вырабатывает тепло путем преобразования тока батареи в тепло Джоуля, а увеличенная часть (101) алюминиевой пластины, представляющая собой теплоотвод (201), также представляет собой тело большой жесткости. Если обе контактные поверхности не очень ровные, то при контакте легко возникает плавающая часть, и в этой части образуется тонкий воздушный слой, что снижает эффективность теплопроводности.With regard to the use of a thermal pad (400), the heating plate (300) is usually made of a heat-conducting rigid body, including a heating element that generates heat by converting battery current into Joule heat, and an enlarged part (101) of the aluminum plate, which is a heat sink (201 ), is also a body of great rigidity. If both contact surfaces are not very even, a floating part is easily formed at the contact, and a thin air layer is formed in this part, which reduces the heat conduction efficiency.

Поэтому предпочтительно использовать мягкую термопрокладку, которая гарантирует адгезию между увеличенной частью (101) и пластиной нагревателя (300), таким образом она частично деформируется при небольшом давлении и заполняет зазор для облегчения теплопроводности между ними. В качестве термопрокладки (400) обычно используется кремниевая прокладка с отличной теплопроводностью. В данном случае силиконовая прокладка обладает клейкостью, поэтому она может быть хорошо соединена с нагревательной пластиной (300) и увеличенной частью (101) без отдельных вспомогательных средств.Therefore, it is preferable to use a soft thermal pad that guarantees adhesion between the enlarged part (101) and the heater plate (300), so that it partially deforms under slight pressure and fills the gap to facilitate heat conduction between them. The thermal pad (400) is usually a silicon pad with excellent thermal conductivity. In this case, the silicone gasket is adhesive, so it can be well connected to the heating plate (300) and the enlarged part (101) without separate aids.

Термопрокладка (400) также служит для предотвращения теплового выброса. То есть, если нагреватель не находится в контакте с теплопередающим материалом (приёмник отводимого тепла), тепловой разгон предотвращается путем нанесения тепловой прокладки (400) из силиконового материала, который является гибким и обладает отличной способностью к теплопередаче, на поверхность неровного теплопередающего металлического материала, поскольку это создает опасность из-за теплового разгона самого нагревателя.The thermal pad (400) also serves to prevent heat build-up. That is, if the heater is not in contact with the heat transfer material (heat sink), thermal runaway is prevented by applying a heat pad (400) of silicone material, which is flexible and excellent in heat transfer capability, to the surface of the uneven heat transfer metal material, because this creates a hazard due to thermal runaway of the heater itself.

Если ссылаться на Фиг. 7, пластина-нагреватель, которая в данном варианте осуществления изобретения является устройством для преобразования электричества в тепло и содержит корпус пластины-нагревателя, включающий источники тепла 302 и 303 с одной стороны, и источник тепла, получаемый от источника тепла при установке на противоположной стороне. Прокладка из вспененной синтетической смолы или теплорассеивающая губка (301), которая блокирует передачу тепла, одновременно предотвращая и поглощая вибрационный удар и шум, прикреплена к противоположной стороне источника тепла нагревателя (302, 303) посредством силиконового литья. Устройство, блокирующее нагреватель от повышения температуры выше заданной, снабжено термопротектором или термомуфтой (305).Referring to FIG. 7, a heater plate, which in this embodiment is an electricity-to-heat conversion apparatus, and includes a heater plate body including heat sources 302 and 303 on one side, and a heat source derived from the heat source when installed on the opposite side. A synthetic resin foam pad or heat dissipating sponge (301), which blocks heat transfer while preventing and absorbing vibration shock and noise, is attached to the opposite side of the heat source of the heater (302, 303) by silicone molding. The device that blocks the heater from rising above the set temperature is equipped with a thermal protector or thermal coupling (305).

В продольной центральной боковой канавке (308) пластины нагревателя (300) установлены линия питания (304) нагревателя и линия питания (304), отходящая от термомуфты (305), а на конце предусмотрен разъем (803). Он собран таким образом, чтобы сборка ответного элемента была легкой, и он сконфигурирован для изоляции.In the longitudinal central side groove (308) of the heater plate (300), a heater supply line (304) and a supply line (304) extending from the thermal coupling (305) are installed, and a connector (803) is provided at the end. It is assembled in such a way that the mating element is easy to assemble, and it is configured for isolation.

Хотя это не показано в приведенном выше варианте осуществления изобретения, в корпусе, согласно варианту осуществления изобретения, может быть дополнительно установлена простая дополнительная конфигурация, такая как эластичная лента или пружина для прижима батарейного модуля в целом к термопрокладке. Такая конфигурация упругого корпуса обеспечивает простое и надежное крепление по сравнению с массивным крепежным средством, таким как болт или гайка, и такой конфигурацией, как скоба для крепления, и является выгодной с точки зрения веса или с точки зрения предотвращения усложнения внутренней конфигурации, и используется вместе с теплорассеивающей губкой тепловой прокладки или нагревательной пластины. Она также может служить для подавления вибрации и ударов.Although not shown in the above embodiment, a simple additional configuration such as an elastic band or spring may be additionally installed in the housing according to an embodiment of the invention to press the battery module as a whole against the thermal pad. This resilient body configuration provides a simple and secure fastening compared with a massive fastener such as a bolt or nut and a configuration such as a fastening bracket, and is advantageous in terms of weight or in terms of preventing the internal configuration from becoming complicated, and is used together with heat dissipating sponge of heat pad or heating plate. It can also serve to suppress vibration and shock.

Согласно конфигурации варианта осуществления настоящего изобретения, описанной выше, теплопередача может стабильно поддерживаться за счет сохранения тесной связи между термопрокладкой, пластиной нагревателя и аккумуляторным модулем без отдельной структуры для прочной связи с использованием веса самого аккумуляторного модуля. Поскольку пластина нагревателя расположена внизу, тепло, генерируемое бесконтактной поверхностью, также поднимается вверх, нагревая окружающий воздух, и в процессе подъема оно также может служить для нагрева элементов батареи в модуле батареи в целом.According to the configuration of the embodiment of the present invention described above, heat transfer can be stably maintained by maintaining a close connection between the thermal pad, the heater plate, and the battery module without a separate structure for strong connection using the weight of the battery module itself. Since the heater plate is located at the bottom, the heat generated by the non-contact surface also rises to heat the surrounding air, and in the process of rising, it can also serve to heat the battery cells in the battery module as a whole.

Поскольку использование нагревателя обычно может осуществляться без ударов или вибрации из-за движения на этапе запуска электромобиля, нет необходимости соединять нагреватель, термопрокладку и модуль с помощью прочного винтового соединения. В результате может произойти износ и повреждение, и эта проблема может быть уменьшена в настоящем изобретении.Since the use of the heater can usually be carried out without shock or vibration due to movement during the starting phase of an electric vehicle, it is not necessary to connect the heater, thermal pad and module with a strong screw connection. As a result, wear and damage may occur, and this problem can be reduced in the present invention.

Выше настоящее изобретение было описано со ссылкой на ограниченные примеры, но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами осуществления.The present invention has been described above with reference to limited examples, but the present invention is not limited to these specific embodiments.

Соответственно, специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, смогут сделать различные изменения или примеры применения на основе настоящего изобретения, и естественно, что такие изменения или примеры применения относятся к прилагаемой формуле изобретения.Accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications or examples of applications based on the present invention, and it is natural that such modifications or examples of applications refer to the appended claims.

Claims

1. A battery for an electric vehicle with a built-in electric heater in which a plurality of battery cells are integrated, a case in which a plurality of battery modules are embedded, a control circuit unit for controlling the battery module, a heater plate disposed between the bottom surface of the case and the battery module and maintaining thermal contact with battery module due to the battery module's own load.

2. The battery according to claim 1, characterized in that between the heater plate and the battery module there is a thermal pad made of a heat-conducting adhesive silicone material to increase adhesion during thermal contact.

3. The battery according to claim 1 or 2, characterized in that it further includes elastic connecting means for applying pressure to the battery module in the direction of the heater plate to maintain thermal contact between the heater plate and the battery storage module.

4. The battery according to claim 1 or 2, characterized in that the heater plate is connected in series with the output terminal for supplying power to the vehicle to obtain electrical energy to generate Joule heat.

5. The battery according to claim 1 or 2, characterized in that the lower surface of the housing has a frame structure that prevents the heater plate from sagging.