УНИФИЦИРОВАННЫЙ АККУМУЛЯТОРНЫЙ МОДУЛЬ ТЯГОВОЙ БАТАРЕИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

УНИФИЦИРОВАННЫЙ АККУМУЛЯТОРНЫЙ МОДУЛЬ ТЯГОВОЙ БАТАРЕИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
Заявленное техническое решение относится к электрическому оборудованию, в частности к тяговым источникам тока модульной конструкции, включающих в себя электрические аккумуляторы, соединенные последовательно или параллельно, и технические средства для охлаждения аккумуляторов в модуле, используемые в составе тяговых энергетических установок электромобилей и гибридных транспортных средств.
Из существующего уровня техники известна модульная сборка аккумуляторных батарей, содержащая множество элементов аккумуляторной батареи или единичных модулей и охлаждающий элемент с трубкой для хладагента, смонтированный на наружной стороне каждого из модулей аккумуляторных батарей. RU 2479895 C2, опубл. 20.04.2013. Недостатками данного изобретения являются: сложность технического исполнения и практической реализации; расположение охлаждающего элемента на наружной стороне каждого из модулей аккумуляторных батарей не обеспечивает отвод тепла непосредственно от каждого аккумулятора в модуле; исполнение охлаждающего элемента с трубкой для хладагента неотъемлемо связано с использованием дополнительных герметичных соединителей и переходных муфт для сопряжения с другими модулями.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является буферный накопитель энергии, содержащий электрические аккумуляторы, между которыми вертикально установлены металлические теплообменные пластины, сделанные внизу с отбортовкой, образующей полку, под полками теплообменник пластин расположена соединенная с ними резьбовыми
крепежными элементами металлическая теплообменная плита с каналом для прохода охлаждающей жидкости. RU 2414778 C1, опубл. 20.03.2011. Недостатками данного технического решения являются: конструктивное исполнение теплоотводов в виде металлических теплообменных пластин с отбортовкой внизу, усложняющей практическую реализацию изобретения за счет необходимости придания пластинам соответствующей формы при изготовлении; способ соединения теплообменных пластин с теплообменной плитой посредством болтовых разъемных соединений, снижающих надежность конструкции, увеличивающих количество дополнительных крепежных элементов и, соответственно, критический для электромобиля показатель - массу аккумуляторного модуля; увеличенное тепловое сопротивление перехода в месте сопряжения теплообменных пластин с теплообменной плитой за счет прижимного соединения, исключающего надежный контакт пластин с плитой по всей длине и использование только одной стороны пластины в месте контакта, как следствие, низкая эффективность теплопередачи.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является повышение технико-эксплуатационных и экономических характеристик тяговых источников тока электромобилей и гибридных транспортных средств путем реализации модульной конструкции аккумуляторной батареи с интегрированной системой жидкостного охлаждения, улучшения массогабаритных и стоимостных показателей, повышения надежности конструкции и эффективности теплоотвода, снижения трудоемкости изготовления, обслуживания и ремонта.
Данная задача решается за счет того, что унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи электромобиля содержит электрически соединенные призматические аккумуляторы, между которыми расположены прилегающие к ним преимущественно по всей поверхности теплоотводные пластины из теплопроводящего материала, глухо
закрепленные с противоположных торцевых сторон в прорезях теплообменников из теплопроводящего материала, каждый из которых выполнен с внутренним зигзагообразным каналом для циркуляции охлаждающей жидкости, систему контроля и управления режимами работы аккумуляторов с расположением теплоотводных элементов на обратной стороне теплообменника, а также корпус с изолированным выводом силовых электрических клемм.
Теплоотводные пластины унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля могут быть глухо закреплены в прорезях теплообменника с одной из торцевых сторон, при этом с противоположной стороны пластины могут быть механически связаны между собой стержневыми или ленточными стяжками.
Теплоотводные пластины унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля могут быть глухо закреплены в прорезях теплообменника с использованием теплопроводящего клеевого соединения или запрессовкой.
Вход и выход во внутренний зигзагообразный канал теплообменника унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля может быть выполнен в виде резьбового штуцерного соединения или выполнен с возможностью внешнего безрезьбового штуцерного соединения.
Теплообменная плита унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля может быть выполнена с тремя или более входами и выходами во внутренний зигзагообразный канал теплообменника.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является: относительная простота технического исполнения и практической реализации; обеспечение отвода тепла непосредственно от каждого аккумулятора в модуле, а также от элементов системы контроля и управления режимами работы аккумуляторов; минимизация дополнительных герметичных соединителей и переходных
муфт для сопряжения с другими модулями; повышение надежности конструкции и улучшение массогабаритных показателей аккумуляторного модуля за счет исключения болтовых разъемных соединений в месте сопряжения теплоотводных пластин с теплообменником; повышение эффективности теплопередачи и улучшение отвода тепла от аккумуляторов к теплообменнику за счет снижения теплового сопротивления перехода в месте сопряжения теплоотводных пластин с теплообменником, а также увеличения площади контакта указанных элементов; использование общего теплообменника для одновременного отвода тепла от аккумуляторов и теплонагруженных элементов системы контроля и управления режимами работы аккумуляторов.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
На фигуре 1 представлена компоновочная схема унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля.
На фигуре 2 представлена аксонометрическая проекция унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля.
На фигуре 3 изображен теплообменник унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля.
На фигуре 4 представлен предпочтительный вариант унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи электромобиля с двумя теплообменниками, охлаждением силовой части системы контроля и управления режимами работы аккумуляторов и защитной крышкой.
Унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи электромобиля содержит призматические электрические аккумуляторы 1 (фигура 1) с электродами 2, соединенные последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Между каждым аккумулятором расположены прилегающие к ним преимущественно по всей поверхности теплоотводные пластины 3 из теплопроводящего материала. Для создания прочной
конструкции и обеспечения плотного прилегания теплоотводных пластин к аккумуляторам, данные пластины механически связаны между собой стержневыми или ленточными стяжками 4 (фигура 2). Теплоотводные пластины размещены в прорезях 10 теплообменника 5 (фигура 3) и закреплены в нем с натягом - посредством теплопроводящего клеевого соединения или запрессовкой без использования резьбовых соединений. Теплообменник представляет собой плиту из теплопроводящего материала с внутренним зигзагообразным каналом 6 для циркуляции охлаждающей жидкости или хладагента. Подача в теплообменник охлаждающей жидкости осуществляется через штуцерные резьбовые вход 7 и выход 8 в указанном направлении 9. Унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи электромобиля для повышения эффективности охлаждения аккумуляторов может содержать два и более теплообменника 5 (фигура 4) с общими теплоотводными пластинами 3, в этом случае теплообменники располагаются на противоположенных сторонах модуля батареи. В предпочтительном варианте аккумуляторного модуля может осуществляться одновременный теплоотвод от аккумуляторов и системы контроля и управления режимами работы аккумуляторов 11 (фигура 4), при этом охлаждение и тепловой контакт силовой электронной части обеспечивается за счет монтажа теплоотводных элементов 12 (фигура 4) указанной системы на обратной стороне теплообменника 5. Конструкция унифицированного аккумуляторного модуля предусматривает защиту аккумуляторов, внутренних элементов модуля и токоведущих частей за счет внешнего кожуха или крышки 13 с изолированным выводом силовых клемм модуля 14 (фигура 4).
Унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи функционирует следующим образом. Энергия, накопленная в электрических аккумуляторах 1 унифицированного аккумуляторного модуля (фигура 4) в составе тяговой батареи из нескольких аналогичных модулей, используется в энергетической системе электромобиля или гибридного транспортного
средства. Тепло, образующееся в процессе разряда и заряда электрических аккумуляторов 1, передается посредством теплоотводных пластин 3, разделяющих аккумуляторы, к одному или двум, в зависимости от конструкции модуля, теплообменникам 5. Тепло, рассеиваемое в силовой электронной части 11 системы контроля и управления режимами работы аккумуляторов, передается непосредственно теплообменнику 5 от теплоотводных элементов 12 указанной системы. Охлаждающая жидкость системы охлаждения тяговой батареи электромобиля через штуцерный вход 7 поступает во внутренний зигзагообразный канал 6 теплообменника 5 и, проходя по указанному каналу, охлаждает теплообменник 5. Из канала теплообменника 5 охлаждающая жидкость выходит через штуцерный выход 8 и поступает в автономную систему охлаждения тяговой батареи электромобиля или гибридного транспортного средства, в которой осуществляется теплообмен охлаждающей жидкости с окружающей средой.
Заявляемое техническое решение отличают: относительная простота технического исполнения и практической реализации; обеспечение оптимального температурного режима работы аккумуляторов, а также элементов системы управления и контроля за счет эффективного отвода тепла в модуле; надежность конструкции и улучшенные массогабаритные показатели при высоком уровне унификации.