МОДУЛЬ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Настоящее техническое решение относится к модулям накопителей электрической энергии, содержащим более одного накопителя электрической энергии, преимущественно на базе суперконденсаторов,.
Из существующего уровня техники известен модуль накопителей электрической энергии (далее модуль), содержащий, по меньшей мере, два накопителя электрической энергии, соединенные плоской перемычкой, сообщающиеся с корпусом через теплопроводящий эластомер (см. з. ЕР 2008/062129, МПК Н01М 2/20, публ. WO 2009/034163; п. РФ №2476961, МПК Н01М 2/20, публ. 20.10.2011).
В данном устройстве низкая эффективность отвода тепла от накопителей электрической энергии при работе модуля в режимах с мощными импульсными нагрузками, так как перемычка выполнена плоской, имеет малую площадь теплоотвода и тепло отводится на корпус только через дополнительные теплоотводящие элементы, а именно, через теплопроводящий эластомер, теплопроводность которого значительно меньше теплопроводности металлов, например алюминия. Все это приводит к перегреву накопителей электрической энергии, преждевременному выходу их из строя, а, следовательно, низкой надежности модуля при работе на мощные импульсные нагрузки. Отсутствие охлаждения крышек накопителей электрической энергии, к которым подключены выходные клеммы модуля, приводит к перегреву данных накопителей электрической энергии, что дополнительно снижает надежность модуля при работе на мощные импульсные нагрузки.
Следовательно, отсутствие эффективного отвода тепла от накопителей электрической энергии не позволяет применить модуль по данному техническому решению для работы на мощные импульсные нагрузки.
Техническая проблема заключается в создании модуля для работы на мощные импульсные нагрузки.
Данная проблема решается за счет того, что в модуле, содержащем корпус с накопителями электрической энергии, каждый из которых содержит первую сторону, закрываемую крышкой, электрически соединенной с накопителем электрической энергии, и вторую сторону, противоположную первой, при этом каждая крышка находится в контакте с соответствующим концом перемычки, электрически соединяя накопители, периферия сторон крышек, контактирующая с перемычками, является плоской, перемычки закреплены на сторонах крышек.
Согласно полезной модели:
- Стороны перемычек и одна сторона выходных клемм модуля, контактирующие с первой и второй стороной крышек накопителей электрической энергии выполнены плоскими, а вторые стороны перемычек и выходных клемм модуля выполнены с элементами рассеивания тепла.
В связи с тем, что стороны перемычек и одна сторона выходных клемм модуля, контактирующие с первой и второй стороной крышек накопителей электрической энергии выполнены плоскими, то это позволяет улучшить тепловой контакт между крышками накопителей электрической энергии, перемычками и выходными клеммами, а выполнение вторых сторон перемычек и выходных клемм с элементами рассеивания тепла позволяют эффективно отводить тепло от накопителей электрической энергии.
- Элементы рассеивания тепла выполнены в виде ребер охлаждения.
Выполнение элементов рассеивания тепла в виде ребер охлаждения увеличивает площадь теплоотдачи и позволяет более эффективно отводить тепло.
- Элементы рассеивания тепла снабжены принудительной системой охлаждения.
Наличие принудительной системы охлаждения, (например, при помощи вентилятора), позволяет более эффективно отводить тепло от накопителей электрической энергии.
Таким образом, согласно поставленной технической проблеме, предлагаемым в качестве полезной модели, техническим решением достигается следующий технический результат: создание модуля с повышенной надежностью при работе на мощные импульсные нагрузки за счет более эффективного отвода тепла от накопителей электрической энергии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен принцип соединения накопителей электрической энергии в модуль, конструкция перемычек и выходных клемм модуля.
На фигуре 2 изображен общий вид модуля, состоящего из шести накопителей электрической энергии.
В простейшем случае (см. фиг 1) модуль может состоять из двух накопителей электрической энергии 1, крышек 2 и 3, которые являются выводами накопителей электрической энергии 1, соединительных элементов 4, перемычки 5 с элементами рассеивания тепла в виде ребер охлаждения 6, выходных клемм 7 и 8 с присоединительными отверстиями 9 и элементами рассеивания тепла в виде ребер охлаждения 6, корпуса 10 и изолирующих прокладок 11.
Накопители электрической энергии 1 соединены последовательно перемычкой 5, которая выполнена, в частном случае, с элементами рассеивания тепла в виде ребер охлаждения 6. Выходные клеммы 7 и 8 также выполнены, с элементами рассеивания тепла в виде ребер охлаждения 6.
При нагреве накопителей электрической энергии 1, тепло от крышек 2 и 3 накопителей электрической энергии 1 передается непосредственно на перемычку 5 и выходные клеммы 7 и 8, вторые стороны которых и вторая сторона перемычки 5 снабжены элементами рассеивания тепла 6, поэтому происходит эффективный отвод тепла от накопителей электрической энергии 1. Перемычка 5 электрически соединяет накопители электрической энергии 1 через соединительные элементы 4 или без таковых любым видом соединения, например, пайки, сварки, или резьбового соединения. Все составные части модуля находятся в корпусе 10, который обеспечивает жесткость соединения и улучшает его вибрационную стойкость. Перемычка 5 и выходные клеммы модуля изолированы от корпуса изолирующей прокладкой 11.
Если модуль содержит более двух накопителей электрической энергии 1, то накопители электрической энергии 1 соединяются попарно с чередованием на уровне верхних и нижних крышек 2 и 3. Таким образом, накопители электрической энергии соединяются последовательно.
Модуль, состоящий из шести накопителей энергии 1 (см. фиг. 2) содержит накопители электрической энергии 1, крышки 2 и 3 с соединительными элементами 4 (не показаны), перемычки 5, выходные клеммы 7 и 8 с присоединительными отверстиями 9. Для увеличения жесткости конструкции модуля и дополнительного отвода, тепла от накопителей электрической энергии 1, модуль снабжен корпусом 10, а между корпусом 10, перемычками 5 и выходными клеммами 7 и 8 установлены теплопроводящие, но электрически изолирующие прокладки 11, например, из теплопроводящей резины. Таким образом, дополнительно отводится тепло от накопителей электрической энергии 1 через перемычки 5, выходные клеммы 7 и 8, изолирующие прокладки 11 на корпус модуля, что дополнительно увеличивает эффективную поверхность излучения тепла.
При недостаточном естественном охлаждении модуля, элементы рассеивания тепла могут быть снабжены принудительной системой охлаждения, например, вентилятором. В зависимости от схемы электрической принципиальной модуля изготавливаются перемычки 5, которые соединяют накопители электрической энергии 1 последовательно, параллельно или параллельно-последовательно. Неизменным остается то, что накопители электрической энергии 1 соединяются на уровне верхних и нижних крышек 2 и 3 и одна сторона перемычек 5 и выходных клемм 7 и 8 выполняется плоской, а другая сторона перемычек 5 и выходных клемм 7 и 8 выполняется с элементами рассеивания тепла.
По данному техническому решению и по техническому решению прототипа было изготовлено два модуля на базе шести суперконденсаторов емкостью 650 фарад включенных последовательно. Общая емкость модуля составила 108 фарад на напряжение 15 вольт. Были проведены сравнительные испытания модуля, изготовленного по предложенному техническому решению полезной модели, и модуля, изготовленного по техническому решению прототипа. Испытания проводились в одинаковых импульсных режимах. Начальная температура модулей составила 25 градусов по Цельсию. Модуль по техническому решению прототипа достиг предельной рабочей температуры модуля (50 градусов по Цельсию) за 6 минут 30 секунд. Модуль по предлагаемому техническому решению достиг предельной рабочей температуры модуля (50 градусов по Цельсию) за 14 минут 20 секунд и практически вышел на установившийся режим, что показывает большую эффективность отвода тепла от накопителей электрической энергии по сравнению с прототипом. Причем температура накопителей электрической энергии к которым подключены выходные клеммы не отличалась от температуры остальных накопителей электрической энергии.
Поставленная задача о повышении надежности заявляемого модуля решена при использовании известных материалов, оборудования и способов изготовления предлагаемого модуля; при его использовании повышен срок службы модуля, особенно при работе на мощные импульсные нагрузки, что экономически целесообразно, следовательно, предложенный модуль накопителей электрической энергии найдет широкое применение в промышленности.