Радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей

В аккумулирования электроэнергии на борту транспортных средств, оснащенных электроприводом, и может быть использована в прочих системах термостатирования, где необходим радиатор жидкостного охлаждения малого габарита, в частности в конструкции аккумуляторных контейнеров, устанавливаемых на электротранспортные средства.
Предлагаемая полезная модель - это масштабируемая модель плоского радиатора жидкостной системы термостатирования электротранспортного средства, способного отводить тепло от аккумуляторных ячеек в аккумуляторной батарее для их охлаждения или подводить к ним тепло для их нагрева в зависимости от соотношения температуры подаваемого внутрь теплоносителя и температуры аккумуляторных ячеек.
Известен способ жидкостного термостатирования аккумуляторных ячеек в аккумуляторном модуле тяговой аккумуляторной батареи [патент RU 2756389, опубл. 30.09.2021].
Аккумуляторный модуль состоит из аккумуляторных ячеек и содержит отводящие тепло теплопроводящие элементы, U-образные каналы по которым протекает жидкий теплоноситель, соединенные с входным каналом для протекания теплоносителя и выходным каналом протекания теплоносителя, расположенными со стороны полюсных выводов. Каналы для протекания теплоносителя выполнены в виде U-образных трубок, установленных в фигурные выштамповки спаренных теплопроводящих элементов, которые вместе с аккумуляторными ячейками собирают в пакетную конструкцию, которую стягивают при сборке аккумуляторного модуля с помощью больших струбцин и механически фиксируют болтами к стенкам и уголкам аккумуляторного модуля.
Недостатками аналога являются большое количество механических соединений, внутри которых протекает теплоноситель, что повышает вероятность протечки. Параллельное соединение U-образных каналов от одного входа приводит к разности давлений теплоносителя в первом и последнем U-образных каналах, что приводит к возникновению градиента температур по длине модуля - первый теплопроводящий элемент будет охлаждаться сильнее, чем последний теплопроводящий элемент. Отсутствие радиаторов между спаренными ячейками, приводит к созданию градиента температур в теле аккумулятора - в месте прилегания радиатора температура аккумулятора будет ниже, чем в месте соприкосновения двух ячеек.
В качестве ближайшего аналога выбран радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей (патент RU212340U1, опубл. 18.07.2022). Радиатор для системы термостатирования аккумуляторной батареи, включающий канал с жидким теплоносителем и теплопроводящие элементы в виде металлических пластин. Канал расположен внутри плоской металлической радиаторной пластины прямоугольной формы, состоящей из верхней и нижней плит, соединенных при помощи сварки трением с перемешиванием. Канал для протекания жидкого теплоносителя выполнен в нижней плите, а вход и выход канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом - в верхней плите. Радиаторная пластина выполнена с возможностью установки теплопроводящих элементов перпендикулярно ее поверхности и дополнительно снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур, при этом вход и выход канала теплоносителя расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины вне этого контура. Верхняя и нижняя плиты дополнительно соединены при помощи электрозаклепок, при этом заклепки установлены в свободном пространстве между углублениями на верхней плите.
Нижняя плита радиаторной пластины выполнена из алюминиевого сплава с условным пределом текучести не менее 150 МПа.
Основным недостатком ближайшего аналога является низкая надежность пластины с каналом для жидкого теплоносителя, возникающая вследствие высокого давления в канале, необходимого для прокачки теплоносителя.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является снижение гидравлического сопротивления с сохранением производительности.
Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что радиатор для системы термостатирования аккумуляторной батареи включает канал с жидким теплоносителем и теплопроводящие элементы в виде металлических пластин, канал расположен внутри плоской металлической радиаторной пластины прямоугольной формы, состоящей из верхней и нижней плит, канал для протекания жидкого теплоносителя выполнен в нижней плите, а вход и выход канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом - в верхней плите, радиаторная пластина выполнена с возможностью установки теплопроводящих элементов перпендикулярно ее поверхности и дополнительно снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур, канал в нижней плите выполнен в виде нескольких прямолинейных каналов с неизменным сечением по длине, при этом каждый канал имеет индивидуальные вход и выход, входы и выходы каналов расположены рядом с краями сторон радиаторной пластины вне стенки, образующей замкнутый контур. В частном случае реализации технического решения каналы могут иметь шероховатость от 0,001 мм до 0,007 мм.
Таким образом, за счёт изменения конструкции нижней плиты, а именно формы каналов и расположения входов и выходов каналов, достигается снижение гидравлического сопротивления с сохранением производительности радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей, что позволяет уменьшить давление в каналах и достичь технического результата - повышения надежности конструкции радиатора.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
Фиг. 1. Общая схема радиатора системы термостатирования.
Фиг. 2. Общий вид радиаторной пластины.
Фиг. 3. Расположение каналов для протекания теплоносителя в радиаторной пластине.
Фиг. 4. Радиатор в сборе с аккумуляторными модулями.
Фиг. 5. Варианты протекания теплоносителя в каналах.
Радиатор 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи состоит из плоской радиаторной пластины 2 прямоугольной формы и теплопроводящих элементов 3, размещенных на пластине 2 перпендикулярно ее поверхности. Пластина снабжена теплопроводящим элементом в виде стенки 4, расположенным вдоль периметра пластины 2 и образующим замкнутый контур.
Радиаторная пластина 2 состоит из верхней 5 и нижней 6 плит, соединенных при помощи сварки, в частности, может быть использована сварка трением с перемешиванием. Каналы 7 для протекания теплоносителя выполнены в нижней плите 6, а вход 8 и выход 9 каналов в виде сквозных отверстий, расположенных над каналами - в верхней плите 5. Внутренняя поверхность каналов может быть с шероховатостью от 0,001 мм до 0,007 мм для уменьшения гидравлических потерь. Один из возможных вариантов протекания теплоносителя в каналах может быть следующим (фиг. 5а), входы 8 каналов 7 расположены рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины 2, а выходы 9 каналов расположены с противоположного края радиаторной пластины 2. Возможны разные комбинации входов 8 и выходов 9, расположенных рядом с краем пластины 2, например, такие, как показаны на фиг. 5б и 5в: входы 8 и выходы 9 располагаются, в основном, попарно (фиг. 5б) или входы 8 и выходы 9 чередуются (фиг. 5в).
Каждый вход 8 и выход 9 может быть связан с источником жидкости (на чертежах не показаны) при помощи гидравлической арматуры. Теплопроводящий элемент 4 в виде стенки, образующей замкнутый контур, входы 8 и выходы 9 расположены вне этого контура, что позволяет избежать попадания теплоносителя на аккумуляторные ячейки в случае негерметичности соединений входов 8 или выходов 9.
Радиаторная пластина 2 и теплопроводящие элементы 3, 4 изготавливаются из металла.
Верхняя плита 5 и теплопроводящие элементы 3 выполнены из алюминия или алюминиевого сплава с теплопроводностью не менее 200 Вт/(м⋅град). Например, могут быть использованы сплавы АД0, А5 и др.
Нижняя плита 6 и теплопроводящий элемент 4 в виде стенки выполнены из алюминиевого сплава с условным пределом текучести не менее 150 МПа, что обеспечивает более высокую прочность конструкции. Например, могут быть использованы сплавы АМг5, Д16 и др.
Теплопроводящие элементы 3 с аккумуляторными ячейками, расположенные вплотную друг к другу, образуют аккумуляторные модули 10. Теплопроводящие элементы 3 предназначены для теплообмена с аккумуляторными ячейками (один элемент прилегает к одной аккумуляторной ячейке. На наружной поверхности верхней плиты 5 выполнены углубления 11 прямоугольной формы, по размеру аккумуляторных модулей. Теплопроводящий элемент 3, выполняется с обеспечением возможности сопряжения с используемой аккумуляторной ячейкой, с применением теплопроводящего клеевого компаунда. Теплопроводящий элемент 3, представляет собой г-образный профиль, ширина которого не может превышать ширину углубления. Высота большей части г-образного элемента не должна превышать высоту тела применяемой аккумуляторной ячейки. Вылет нижней части г-образного профиля не должен превышать толщину применяемой аккумуляторной ячейки. Теплопроводящие элементы 3 поочередно устанавливают в углубление и фиксируют при помощи разъемного (например, резьбового) или неразъемного (например, при помощи сварки, заклепок или теплопроводящего клея) соединения. К каждому установленному теплопроводящему элементу 3 на теплопроводящий клей крепят аккумуляторную ячейку, после чего устанавливают следующий теплопроводящий элемент.
На поверхности радиаторной пластины под каждым углублением 11, соответствующим положению модуля, расположено не менее 1 канала.
Более полное прилегание верхней плиты 5 к нижней плите 6 и дополнительная жесткость конструкции может быть обеспечена электрозаклепками.
Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить надежность радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.
Функционирование полезной модели происходит следующим образом для случая охлаждения аккумуляторных ячеек: аккумуляторные ячейки прикрепляются к теплопроводящим элементам 3 с помощью клеевого теплопроводящего компаунда, во время работы аккумулятор нагревается, тепло с него переходит на теплопроводящий элемент 3, с теплопроводящего элемента тепло переходит на верхнюю плиту 5, с которой тепло снимается протекающим под ней теплоносителем. Обязательным условием работы полезной модели является температура теплоносителя на входах 8 меньшая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выходы 9.
Для случая подогрева аккумуляторных ячеек функционирование полезной модели происходит следующим образом: аккумуляторные ячейки прикрепляются к теплопроводящим элементам 3 с помощью клеевого теплопроводящего компаунда, теплоноситель с температурой выше температуры аккумулятора поступает на входы 8 радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи и нагревает верхнюю плиту, с верхней плиты тепло переходит на теплопроводящий элемент 3, с теплопроводящих элементов 3 тепло передается на аккумуляторные ячейки. Обязательным условием работы полезной модели в данном случае, является температура теплоносителя на входах 8 большая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выходы 9.