RU221522U1 - Устройство термостабилизации батарейного модуля - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности для термостабилизации батарейного модуля транспортного средства с электрической тягой. Сокращение времени подготовки батареи к работе после длительной стоянки в неблагоприятных условиях за счет быстрого прогрева теплоносителя является техническим результатом от использования полезной модели, который достигается использованием в устройстве термостабилизации батарейного модуля расширительно-накопительного резервуара с термоизолированными стенками, оснащенного нагревательными элементами и клапанами на входе и выходе теплоносителя, подаваемого к батарейному модулю. Устройство термостабилизации батарейного модуля обеспечивает снижение тепловых потерь при прогреве большого объема теплоносителя. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании транспортного средства с электрической тягой, в частности электромобилей и троллейбусов с автономным ходом.

Известна система энергопитания электромобиля, в которой задача термостатирования аккумуляторных батарей в сложных погодных условиях решается с помощью замкнутого жидкостного контура циркуляции теплоносителя в теплообменнике батареи, выполненном в виде отдельных секций, размещенных между накопителями батареи (см. патент РФ на изобретение №2144869, опубл. 27.01.2000 г.).

Секционное выполнение теплообменника аккумуляторной батареи в известной системе позволяет улучшить условия теплоотвода и выровнить поле температур в батарее. Однако недостатком данного решения является большое число теплообменников и коммутационных элементов по теплоносителю, при котором практически невозможно добиться удовлетворительной герметичности и надежности системы термостабилизации.

Недостатком известного решения является сложность конструкции.

Известно устройство термостатирования аккумуляторных батарей с использованием жидкого теплоносителя (тосола), циркулирующего по теплообменным каналам в аккумуляторных батареях, нагрев которого, при необходимости, осуществляется предпусковым подогревателем, а охлаждение происходит с помощью охладителя на основе компрессора, конденсатора, обдуваемого вентилятором и хладагента (фреона) (см. патент РФ на изобретение №2483399, опубл. 27.05.2013 г.).

Недостатком известного устройства является его сложность и громоздкость, а также наличие источника выхлопных газов, загрязняющих окружающую среду.

Известно устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи, состоящей из аккумуляторных ячеек, размещенных в теплоизолированном герметичном корпусе, содержащее теплообменник, встроенный в стенку упомянутого корпуса и состоящий из термоэлектрического модуля Пельтье и расположенных по разные его стороны внешнего и внутреннего радиаторов, около внутреннего радиатора установлен вентилятор с электрическим приводом, вход термоэлектрического модуля Пельтье подключен через фильтр, широтно-импульсный преобразователь, усилитель и элемент сравнения к выходу сумматора, ко входу которого подключены датчики температуры аккумуляторных ячеек (см. патент на полезную модель RU №159469, опубликовано 10.02.2016).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой эффективности.

Известна модульная сборка аккумуляторных батарей с повышенной эффективностью термостабилизации, в которой предложено устройство батарейного модуля с жидкостной термостабилизацией накопителей, соединенных последовательно друг с другом и размещенных в общем корпусе. Новым в предложенном устройстве является то, что съем тепла в батарейном модуле производится непосредственно со стенок накопителей путем омывания их теплоносителем, протекающим по теплообменным каналам батарейного модуля, образуемым корпусами накопителей и установленными в корпус модуля патрубками, перегородками и прокладками. Жидкий теплоноситель был выбран морозоустойчивым с нейтральной реакцией на материал корпуса накопителя батареи. Корпус батарейного модуля выполнен из легкого сплава с высоким коэффициентом теплопередачи и малым удельным весом. Корпус батарейного модуля содержит приваренные вдоль длинных сторон кронштейны для крепления батарейного модуля к транспортному средству, а также патрубки с коллекторами подачи и слива теплоносителя, расположенные снизу вдоль продольных стенок корпуса и снабженные отверстиями для протекания теплоносителя. Блок управления модулем производит обработку полученных от блоков управления накопителями данных и через соединители выдает команды на включение вентиляторов воздушного охлаждения радиатора, через который, под действием циркуляционного насоса, пропускается теплоноситель в случае повышенной температуры накопителей, либо на включение электрических нагревателей, установленных на трубопроводах с теплоносителем и дополнительно на боковых стенках корпусов батарейных модулей, в случае пониженной температуры накопителей (см. патент на изобретение РФ №2564509, опубл. 10.10.2015г.).

Недостатком данной конструкции является то, что для подготовки батареи к работе требуется значительное время на прогрев жидкости с учетом тепловых потерь на рассеяние тепловой энергии в окружающую среду.

В качестве прототипа, по совокупности существенных признаков, принимаем устройство термостатирования тяговых батарей, содержащее насос с электроприводом для подачи жидкого теплоносителя к тяговым батареям, радиатор со встроенным вентилятором, электронагреватель, соединенный через гидролинии с тяговыми батареями, на выходе из которого установлен датчик температуры теплоносителя, компенсационно-расширительный бачок, вход которого сообщен с выходом тяговых батарей, а выход сообщен с входом в насос. Устройство также содержит блок терморегулирования, вход которого с одной стороны соединен через гидролинии с тяговыми батареями, а выход через электроклапаны с электронагревателем и радиатором, причем электроклапаны расположены на гидравлических линиях. При этом в блоке терморегулирования расположен насос и компрессорно-холодильная установка, предназначенная для охлаждения теплоносителя и поддержания оптимальной температуры для предотвращения перегрева тяговых батарей, а на входе в блок терморегулирования установлен датчик температуры теплоносителя.

Недостатки прототипа заключаются в сравнительно низкой экономичности, обусловленной необходимостью прогрева большого объема теплоносителя для подготовки батареи к работе после длительной стоянки в неблагоприятных условиях.

Была поставлена задача повысить экономичность подготовки батарейного модуля к работе за счет оптимизации времени подготовки батарейного модуля к рабочим нагрузкам.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве термостабилизации батарейного модуля, содержащем насос для подачи жидкого теплоносителя к батареям, радиатор, нагревательные элементы, соединительные трубы, запорные устройства, датчики температуры и расширительный резервуар, в соответствии с предложенным техническим решением, предусмотрен расширительно-накопительный резервуар с термоизолированными стенками, оснащенный нагревательными элементами и клапанами на входе и выходе жидкого теплоносителя.

Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что «предусмотрен расширительно-накопительный резервуар с термоизолированными стенками, оснащенный нагревательными элементами и клапанами на входе и выходе жидкого теплоносителя», позволяет сократить время подготовки батареи к работе, после длительной стоянки в неблагоприятных условиях, за счет оптимизации тепловых потерь теплоносителя и тем самым повысить экономичность работы устройства термостабилизации при прогреве большого объема теплоносителя.

Новым в предложенном устройстве является то, что в период, когда батарейный модуль находится в состоянии, не требующем охлаждения, основной объём теплоносителя находится в расширительно-накопительном резервуаре с термоизолированными стенками, оснащенном нагревательными элементами, в котором автоматически поддерживается необходимая температура. При этом излучение тепловой энергии в окружающую среду уменьшено как за счёт наличия термоизолирующих стенок, так и за счёт отсутствия контакта с частью теплоносителя, находящегося в контакте со стенками аккумуляторных батарей и радиатором.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, позволяет предположить, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности полезной модели «новизна».

На чертеже схематично представлен общий вид устройства термостабилизации батарейного модуля.

Устройство термостабилизации батарейного модуля состоит из: батарейного модуля 1, расширительного-накопительного резервуара 2 с термоизолированными стенками, радиатора 3, реверсивного насоса 4, клапанов 5 и 6 и нагревательных элементов 7.

Устройство термостабилизации батарейного модуля работает следующим образом: во время работы батарейного модуля 1 происходит его нагрев и через стенки модуля тепловая энергия передаётся жидкому теплоносителю. За счёт конвективного теплообмена и прямой подачи насоса 4, через открытый клапан 5 нагретая жидкость попадает в расширительно-накопительный резервуар 2 с термоизолирующими стенками, оснащенный нагревательными элементами 7. В режиме охлаждения нагревательные элементы отключены и теплоноситель через открытый клапан 6 попадает в радиатор 3, где рассеивает в окружающую среду накопленную тепловую энергию, а потом, за счёт прямой подачи насоса 4 попадает к нагретым стенкам батарейного модуля 1. После прекращения работы батарейного модуля 1 и прекращения нагрева, за счёт конвективного теплообмена в расширительно-накопительном резервуаре 2 накапливается наиболее нагретая жидкость. В случае длительного простоя батарейного модуля клапан 5 закрывается, прерывая контакт теплоносителя, находящегося в батарейном модуле 1 и в расширительно-накопительном резервуаре 2, уменьшая теплообмен между более тёплым и более холодным жидким теплоносителем. В дальнейшем насос 4 переходит в кратковременный режим реверса и через радиатор 3 закачивает часть теплоносителя в расширительно-накопительный резервуар 2, через открытый клапан 6. Обратное попадание теплоносителя в систему предотвращается тем, что клапан 5 находится в закрытом положении. После кратковременного включения насос 4 выключается и клапан 6 закрывается. Тем самым в расширительно-накопительном резервуаре 2, в режиме наименьшей теплоотдачи в окружающую среду, будет храниться большее количество теплоносителя, чем это имело место при работе батарейного модуля. При длительной стоянке заданный температурный режим в расширительно-накопительном резервуаре 2 поддерживается с использованием нагревательных элементов 7. При необходимости начала работы батарейного модуля в неблагоприятных температурных условиях происходит открытие клапанов 5 и 6 в результате чего за счёт гравитации и за счет работы насоса 4 происходит быстрое заполнение системы охлаждения батарейного модуля 1 предварительно подогретым теплоносителем, обеспечивая его быстрый прогрев до рабочей температуры.

Заявляемое устройство термостабилизации батарейного модуля соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.

Claims (1)

1. Устройство термостабилизации батарейного модуля, содержащее насос для подачи жидкого теплоносителя к батареям, радиатор, нагревательные элементы, соединительные трубы, клапана и датчики температуры, расширительный резервуар, отличающееся тем, что содержит расширительно-накопительный резервуар с термоизолированными стенками, оснащенный нагревательными элементами и клапанами на входе и выходе теплоносителя.