Радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей

Полезная модель относится к области электротранспорта, а именно батарейным блокам 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.
Одним из недостатков аналога является малая эффективность теплообмена.
В качестве ближайшего аналога выбран радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей (патент RU 212340 U1, 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 малая эффективность теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.
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, 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, теплопроводящий элемент в виде стенки выполнен с охлаждающими ребрами, кроме того, в нем выполнены отверстия, обеспечивающие возможность подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха.
Таким образом, за счёт изменения конструкции теплопроводящего элемента в виде стенки, а именно оребрения стенки и добавления отверстий для подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха, достигается технический результат - повышение эффективности теплообмена радиатора для системы термостатирования аккумуляторных батарей.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
Фиг. 1. Общая схема радиатора системы термостатирования.
Фиг. 2. Общий вид радиаторной пластины.
Фиг. 3. Радиатор в сборе с аккумуляторными модулями.
Радиатор 1 для системы термостатирования аккумуляторной батареи состоит из плоской радиаторной пластины 2 прямоугольной формы и теплопроводящих элементов 3, размещенных на пластине перпендикулярно ее поверхности. Пластина может быть дополнительно снабжена теплопроводящим элементом 4 в виде стенки, расположенным по периметру пластины и образующим замкнутый контур.
Теплопроводящий элемент 4 в виде стенки выполнен с охлаждающими ребрами 5 для пассивного отвода тепла, выделяемого аккумуляторными ячейками.
Для принудительного отвода и подвода тепла, в теплопроводящем элементе 4 в виде стенки выполнены отверстия 6 для подключения воздушного теплообменника с принудительной прокачкой воздуха. Расположение отверстий 6 может быть разным, например, отверстия 6 могут быть расположены так, что воздушные потоки проходят в свободном пространстве между аккумуляторными ячейками. Для более эффективной работы воздушного теплообменника радиатор для системы термостатирования аккумуляторных батарей можно снабдить крышкой (на чертежах не показана).
Радиаторная пластина 2 состоит из верхней 7 и нижней 8 плит, соединенных при помощи сварки, в частности, может быть использована сварка трением с перемешиванием. Канал 9 для протекания теплоносителя выполнен в нижней 8 плите, а вход 10 и выход 11 канала в виде сквозных отверстий, расположенных над каналом 9 - в верхней плите 7. Для удобства подключения подвода теплоносителя, вход 10 и выход 11 располагаются рядом с краем одной из сторон радиаторной пластины 2. Вход 10 и выход 11 расположены вне теплопроводящего элемента 4 в виде стенки, образующей замкнутый контур, что позволяет избежать попадания теплоносителя на аккумуляторные ячейки в случае негерметичности соединения входа 10 или выхода 11.
Радиаторная пластина 2 и теплопроводящие элементы 3, 4, изготавливаются из металла.
Верхняя плита 7 и теплопроводящие элементы 4 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 8 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 12. Теплопроводящие элементы 3 предназначены для теплообмена с аккумуляторными ячейками (один элемент прилегает к одной аккумуляторной ячейке). На наружной поверхности верхней 7 плиты выполнены углубления 13 прямоугольной формы, по размеру аккумуляторных модулей 12. 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 13 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 3.
На поверхности радиаторной пластины 2 под каждым углублением 13, соответствующим положению модуля 12, канал для протекания теплоносителя проходит не менее 1 раза.
Более полное прилегание верхней 7 плиты к нижней 8 плите и дополнительная жесткость конструкции может быть обеспечена электрозаклепками.
Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить эффективность теплообмена 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 7 плиту, с которой тепло снимается протекающим под ней теплоносителем. Обязательным условием работы полезной модели является температура теплоносителя на входе 10 меньшая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выход 11. Также, используя воздушный теплообменник с принудительной прокачкой воздуха, через отверстия 6 прокачивается воздух с температурой меньшей, чем температура аккумуляторных ячеек, что позволяет отвести тепло от аккумуляторных ячеек. Благодаря оребрению на теплопроводящем элементе 4 в виде стенки происходит пассивный отвод тепла, выделяемого аккумуляторными ячейками.
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 вход 10 радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи и нагревает верхнюю плиту 7, с верхней плиты 7 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 входе 10 большая, чем температура аккумуляторных ячеек. Выход теплоносителя из радиатора для системы термостатирования аккумуляторной батареи осуществляется через выход 11. Также, используя воздушный теплообменник с принудительной прокачкой воздуха, через отверстия 6 прокачивается воздух с температурой большей, чем температура аккумуляторных ячеек, что позволяет подвести тепло к аккумуляторным ячейкам.