Модуль аккумуляторной электрической батареи

Полезная модель относится к области энергообеспечения, а именно к аккумуляторным электрическим батареям, которые преимущественно используются для обеспечения питания малых электротранспортных средств.
Известен модуль аккумуляторной электрической батареи, содержащий корпус, в котором выполнены сквозные параллельные отверстия, расположенные в шахматном порядке в плоскости, поперечной продольным осям отверстий, в каждом отверстии размещен цилиндрический аккумулятор, плотно контактирующий своей наружной цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью отверстия с возможностью теплопередачи между указанными контактирующими поверхностями (см. патентный документ RU 2636059 С2, опубл. 28.09.2017).
Недостатком известного модуля являются ограниченные функциональные возможности.
В качестве ближайшего аналога выбран модуль аккумуляторной электрической батареи (патент RU 192515 U1, опубл. 19.09.2019). Модуль аккумуляторной электрической батареи (фиг. 1а) содержит корпус, в котором выполнены отверстия, в каждом отверстии размещен аккумуляторный элемент, контактирующий своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью отверстия с возможностью теплопередачи между указанными контактирующими поверхностями, при этом аккумуляторные элементы обращены своими торцевыми поверхностями, которые противоположны их плюсовым токовыводам, в одну сторону, противоположную краю отверстия, в которое они введены, с обеспечением электрического контакта своих минусовых токовыводов непосредственно с корпусом, к корпусу подключен электрический токопровод, а плюсовой токовывод каждого аккумулятора электрически соединен с плюсовым токопроводом, при этом корпус выполнен в виде теплоотвода, проводящего тепло между наружными поверхностями аккумуляторных элементов и средством теплообмена, расположенным на торцевой стороне корпуса, противоположной поверхности с отверстиями, в которые введены аккумуляторные элементы.
Отверстия под аккумуляторные элементы могут быть выполнены несквозными с глухой стенкой, при этом торцевая стенка аккумуляторного элемента контактирует с указанной глухой стенкой отверстия. Минусовой вывод аккумуляторного элемента расположен на его торцевой стенке, контактирующей с глухой стенкой. Средство теплообмена выполнено в виде воздушного теплообменника с охлаждающими ребрами. Плюсовые токовыводы аккумуляторных элементов связаны с плюсовым токопроводом посредством шины, закрепленной на корпусе посредством электроизолирующих прокладок. Поперечное сечение отверстия выполнено в форме многосторонней геометрической фигуры с вершинами и впадинами с возможностью контактирования внешней поверхности аккумуляторного элемента с частью внутренней поверхности отверстия.
Основным недостатком ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности модуля аккумуляторной электрической батареи, возникающие вследствие наличия электрического контакта между минусовым токовыводом и корпусом.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.
Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что модуль аккумуляторной электрической батареи содержит корпус с отверстиями, в которых размещены аккумуляторные элементы, с возможностью теплопередачи между аккумуляторными элементами и корпусом, корпус выполняет функцию теплоотвода, проводящего тепло между наружными поверхностями аккумуляторных элементов и средством теплообмена, отверстия под аккумуляторные элементы выполнены сквозными, в каждом отверстии размещена изолирующая прокладка из диэлектрического материала, предотвращающая электрический контакт между аккумуляторным элементом и корпусом, корпус выполняет функцию средства теплообмена и представляет собой ячеистую структуру, выполненную в виде трехмерной монолитной решетки, состоящей из регулярно повторяющихся элементарных ячеек в форме бипирамиды, образованной из стержней, образующих ребра бипирамиды, соединенные с вершинами пирамид, образующих бипирамиду, при этом корпус изготовлен из порошка металла аддитивным методом.
В частном случае реализации заявляемой полезной модели:
- К корпусу со сторон токовыводов аккумуляторных элементов при помощи разъемных соединений присоединены крышки, изготовленные из диэлектрического материала.
- Токовыводы аккумуляторных элементов связаны с токопроводом посредством контактных шин, при этом токовыводы соединены с контактными шинами посредством пайки, сварки или электропроводящего клея.
- Стержни, образующие ребра бипирамиды, имеют круглое сечение диаметром 1-3 мм.
- Элементарные ячейки могут быть вписаны в куб со стороной 8-12 мм.
- Корпус изготовлен с помощью технологии селективного лазерного плавления.
- Корпус выполнен из порошка бронзового или алюминиевого сплава.
- Корпус имеет форму цилиндра.
- Шины изготовлены в виде единой детали для параллельного подключения аккумуляторных элементов.
- Шины изготовлены в виде множества деталей для последовательного подключения аккумуляторных элементов.
Таким образом, за счет изменения конструкции средства теплообмена, функцию которого выполняет корпус, представляющий собой ячеистую структуру, выполненную в виде трехмерной монолитной решетки и выполнения сквозных отверстий под аккумуляторные элементы, достигается технический результат - расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.
Полезная модель поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 - корпус модуля аккумуляторной электрической батареи.
На фиг. 2 - элементарная ячейка.
На фиг. 3 - крышка модуля аккумуляторной электрической батареи.
На фиг. 4 - параллельное подключение аккумуляторных элементов.
На фиг. 5 - последовательное подключение аккумуляторных элементов.
На фиг. 6 - аккумуляторный элемент в изолирующей прокладке.
На фиг. 7 - модуль аккумуляторной электрической батареи.
Модуль аккумуляторной электрической батареи содержит корпус 1 со сквозными отверстиями 2, в каждом из которых размещен аккумуляторный элемент 3. Аккумуляторные элементы 3 размещены с возможностью теплопередачи на корпус 1, которая осуществляется через изолирующие прокладки 4, находящиеся между стенками отверстий 2 и боковыми сторонами аккумуляторных элементов 3. Изолирующие прокладки 4 выполняют функцию изолятора и предотвращают электрические контакты токовыводов аккумуляторных элементов 3 с корпусом 1. Изолирующие прокладки 4 изготовлены из диэлектрического материала с высокими показателями теплопроводности.
Корпус 1 выполняет функцию средства теплообмена и представляет собой трехмерную монолитную решетку из регулярно повторяющихся элементарных ячеек 5.
Корпус 1 изготовлен при помощи аддитивных технологий, в частности методом 3D печати SLM. Материал корпуса 1 должен обладать высокими свойствами электропроводности и теплопроводности, а также быть доступен в виде порошка для аддитивных производств. Корпус 1 может быть выполнен, например, из порошка бронзовых или алюминиевых сплавов, в частности из порошка бронзового сплава БрХЦрТ В или порошка алюминиевого сплава АК9ч.
Элементарная ячейка 5 представляет собой бипирамиду, образованную из стержней 6, образующих ребра пирамиды, соединенных в вершинах пирамиды. В зависимости от решаемых задач и размеров аккумуляторных элементов 3 элементарные ячейки 5 могут иметь разные размеры, а стержни 6 - разную форму сечения. В частности, стержни 6 могут иметь круглое сечение диаметром 1-3 мм, а элементарные ячейки 5 могут быть вписаны в куб со стороной 8-12 мм.
К корпусу 1 со стороны торцевых поверхностей при помощи разъемных соединений присоединены две крышки 7. Конструкция, обеспечивающая фиксацию крышек 7, может быть выполнена, например, следующим образом. В корпусе 1 могут быть выполнены сквозные отверстия 8, предназначенные для фиксации крышек 7 при помощи крепежных наборов 9. Крепежные наборы 9 могут содержать шпильку, шайбу и гайку, при этом шпилька вставляется в отверстие 8.
Крышка 7, изготовленная из диэлектрического материала, содержит крепежный элемент 10, который может быть выполнен в виде выступа со сквозными отверстиями 11. Отверстия 11 используются для фиксации модуля по месту установки при помощи разъемных соединений, в частности при помощи винтов и гаек.
Крышка 7 включает бобышку 12 с резьбовым отверстием под клемму 13. Клемма 13 касается токоведущей шины 14 одной своей стороной, а на другой стороне имеет разъемное соединение для подключения токовывода модуля аккумуляторной электрической батареи. Крышка 7 содержит отверстия 15, положение которых соответствует положению отверстий 8 корпуса 1. Отверстия 15 предназначены для крепления крышек 7 к корпусу 1 при помощи крепежных наборов 9.
Аккумуляторные элементы 3 находятся в отверстии 2 и могут быть обращены своими торцевыми поверхностями в одну либо в другую сторону, в частности аккумуляторные элементы могут быть расположены так, чтобы обеспечивалось их последовательное подключение в модуле.
Изоляторы 16 находятся между корпусом 1 и токоведущими шинами 14. Каждый изолятор 16 имеет отверстия, соосные отверстиям 2 для аккумуляторных элементов 3 и отверстиям 8 для крепежных комплектов 9. Изоляторы 16 предотвращают контакт между токоведущими шинами 14 и корпусом 1. Изоляторы 16 изготовлены из диэлектрического материала.
Токоведущая шина имеет неразъемное соединение с токовыводами каждого аккумуляторного элемента 3. Токоведущая шина изготовлена из материала с высокой электропроводностью. Токоведущая шина может быть в виде единой детали, при параллельном подключении аккумуляторных элементов, и в виде множества деталей при последовательном подключении.
Таким образом, использование ПМ позволяет расширить функциональные возможности модуля аккумуляторной электрической батареи.
Описываемая полезная модель функционирует следующим образом. Во время сборки модуля аккумуляторной электрической батареи аккумуляторные элементы 3 располагаются в сквозных отверстиях 2 в соответствии с предполагаемой конфигурацией их подключения, а именно параллельного или последовательного подключения аккумуляторных элементов 3. Благодаря тому, что отверстия 2 сквозные и между корпусом 1 и аккумуляторным элементом 3 находятся изолирующие прокладки 4, не допускающие электрического контакта между корпусом 1 и аккумуляторным элементом 3, достигается расширение функциональных возможностей модуля аккумуляторной электрической батареи.