Автомобильное транспортное средство с электрическим или гибридным приводом с системой охлаждения для охлаждения съемных модулей аккумуляторной батареи
Изобретение относится к автомобильному транспортному средству с системой модульной аккумуляторной батареи. Система содержит: стационарный модуль аккумуляторной батареи, съемный модуль аккумуляторной батареи и систему управления аккумуляторной батареей. Стационарный модуль постоянно установлен на борту транспортного средства. Съемный модуль содержит: наружную оболочку, первую и вторую теплопроводящие пластины, перезаряжаемый аккумуляторный блок, внутренний контур. Первая теплопроводящая пластина помещена внутри наружной оболочки. Перезаряжаемый аккумуляторный блок помещен внутри наружной оболочки. Аккумуляторный блок установлен в контакте с первой теплопроводящей пластиной. Внутренний контур продолжается внутри первой пластины и заполнен теплообменной текучей средой. Вторая теплопроводящая пластина выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с внутренним контуром так, чтобы теплообменная текучая среда протекала через неё во внутреннем контуре. Вторая теплопроводящая пластина выполнена с внешней поверхностью за пределами оболочки. Автомобильное транспортное средство содержит вспомогательный охлаждающий контур. Вспомогательный охлаждающий контур имеет пластину непосредственного испарения. Пластина непосредственного испарения прикреплена к автомобильному транспортному средству и выполнена с возможностью контакта со второй пластиной съемного модуля аккумуляторной батареи, когда съемный модуль аккумуляторной батареи установлен на автомобильном транспортном средстве. Достигается повышение эффективности охлаждения съемного модуля аккумуляторной батареи. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к автомобильному транспортному средству с электрическим или гибридным приводом, а более конкретно, к автомобильному транспортному средству, оборудованному системой модульной аккумуляторной батареи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, высокая стоимость транспортного средства с электрическим или гибридным приводом, в основном, обусловлена высокой стоимостью элементов аккумуляторной батареи. Для преодоления этого недостатка, были внедрены системы модульной аккумуляторной батареи, которые содержат один или несколько стационарных модулей аккумуляторной батареи и один или несколько дополнительных модулей аккумуляторной батареи, которые могут быть установлены или сняты в зависимости от потребностей.
На Фиг.1 прилагаемых чертежей показан вид снизу транспортного средства с электрическим или гибридным приводом, в целом обозначенного буквой V, который снабжен узлом электропитания, включающим в себя множество модулей B1 и B2 перезаряжаемой аккумуляторной батареи, расположенных в пригодном пространстве корпуса в полу транспортного средства, предназначенных для питания электрической силовой установки данного транспортного средства, а также систему BMS управления аккумуляторной батареей, к которой подключены модули B1 и B2 аккумуляторной батареи. Модули B1 аккумуляторной батареи (в проиллюстрированном примере - два модуля), далее называемые стационарными модулями аккумуляторной батареи, установлены на борту транспортного средства постоянно и, следовательно, постоянно подключены к системе BMS управления аккумуляторной батареей, в то время как модули B2 аккумуляторной батареи (в проиллюстрированном варианте осуществления их также два), далее именуемые съемными модулями аккумуляторной батареи, могут быть установлены на борту транспортного средства по запросу и быстро заменены простым извлечением (сбоку, как показано стрелками F на Фиг. 1, или назад) из транспортного средства. Такие съемные модули B2 аккумуляторной батареи могут быть подключены с помощью соответствующих разъемов N к системе BMS управления аккумуляторной батареей.
Было подтверждено, что, когда элемент аккумуляторной батареи подвергается разрядке или находится на этапе зарядки, в частности, в цикле быстрой зарядки, или при расходе высокой мощности (например, во время ускорения), за счет эффекта Джоуля определенное количество энергии рассеивается в форма тепла. Чтобы эксплуатационные характеристики элементов, составляющих аккумуляторную батарею, оставались неизменными, а срок их службы увеличивался, выделяемое таким образом тепло необходимо должным образом рассеивать. В настоящее время предусматривают следующие три решения для охлаждения аккумуляторных батарей: воздушное охлаждение (с возможным использованием вторичного испарителя), жидкостное охлаждение (с возможным использованием вспомогательного охладителя) и охлаждение путем непосредственного испарения с помощью проводящей пластины.
Аккумуляторные батареи следует располагать в полностью водонепроницаемом, безопасном и ударостойком отсеке. С другой стороны, за исключением воздушного охлаждения, другие известные решения по охлаждению, упомянутые выше, требуют соединений между аккумуляторными батареями и системой охлаждения. Следовательно, в описанной выше модульной системе аккумуляторной батареи существует проблема обеспечения эффективного охлаждения съемных модулей аккумуляторной батареи.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложение системы охлаждения съемных модулей системы модульной аккумуляторной батареи автомобильного транспортного средства с электрическим или гибридным приводом, которая, с одной стороны, позволяет эффективно охлаждать съемные модули аккумуляторной батареи, а с другой - обеспечивает необходимую водонепроницаемость съемных модулей аккумуляторной батареи.
Эта и другие задачи полностью решены в соответствии с настоящим изобретением посредством автомобильного транспортного средства с системой модульной аккумуляторной батареи, как определено в независимом пункте 1 прилагаемой формулы изобретения.
Если коротко, настоящее изобретение основано на идее предложения автомобильного транспортного средства с системой модульной аккумуляторной батареи, имеющей, по меньшей мере, один съемный модуль аккумуляторной батареи, содержащий
наружную оболочку,
первую теплопроводящую пластину, помещенную внутри упомянутой оболочки,
один или несколько аккумуляторных блоков, помещенных внутрь упомянутой оболочки и расположенных в контакте с упомянутой первой теплопроводящей пластиной,
внутренний контур, который продолжается внутри упомянутой первой теплопроводящей пластины и заполнен теплообменной текучей средой, и
вторую теплопроводящую пластину, которая выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с упомянутым внутренним контуром так, чтобы теплообменная текучая среда протекала через нее в упомянутом внутреннем контуре, и которая выполнена с внешней поверхностью, находящейся за пределами упомянутой оболочки, и
также на предложении автомобильного транспортного средства со вспомогательным охлаждающим контуром, имеющим, по меньшей мере, одну пластину непосредственного испарения, которая прикреплена к автомобильному транспортному средству и выполнена с возможностью контакта со второй пластиной, по меньшей мере, одного съемного модуля аккумуляторной батареи, когда последний установлен на автомобильном транспортном средстве.
Благодаря такой компоновке модуля аккумуляторной батареи тепло, выделяемое аккумуляторным блоком (или блоками), передается за счет теплопроводности на первую пластину и, через теплоноситель, протекающий во внутреннем контуре, переносится от первой пластины ко второй пластине, где это тепло может быть рассеяно благодаря теплопроводности за пределами модуля аккумуляторной батареи за счет контакта внешней поверхности второй пластины с соответствующей поверхностью пластины непосредственного испарения, прикрепленной к автомобильному транспортному средству в таком положении, чтобы входить в контакт со второй пластиной модуля аккумуляторной батареи, когда последний установлен на автомобильном транспортном средстве.
Таким образом получают систему охлаждения для охлаждения съемных модулей аккумуляторной батареи, которая, в первую очередь, позволяет минимизировать увеличение веса и стоимости транспортного средства, учитывая, что большинство компонентов системы охлаждения установлено в самом модуле аккумуляторной батареи. Более того, такая система охлаждения, хотя и предусматривает использование теплообменной текучей среды, не требует соединений между внутренним контуром модуля аккумуляторной батареи и системой кондиционирования воздуха транспортного средства и, следовательно, позволяет обеспечить водонепроницаемость модуля аккумуляторной батареи. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является высокая эффективность охлаждения за счет использования теплообменной текучей среды для передачи тепла от первой пластины ко второй пластине и, следовательно, изнутри наружу оболочки модуля аккумуляторной батареи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания, сделанного исключительно с помощью неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг. 1 представляет собой вид снизу автомобильного транспортного средства с электрическим или гибридным приводом, оснащенного системой модульной аккумуляторной батареи;
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе съемного модуля аккумуляторной батареи согласно настоящему изобретению, который может быть использован в системе модульной аккумуляторной батареи автомобильного транспортного средства, показанного на Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой вид сверху съемного модуля аккумуляторной батареи, показанного на Фиг. 2; и
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение системы кондиционирования воздуха автомобильного транспортного средства, показанного на Фиг. 1, и охлаждающего контура, относящегося к съемному модулю аккумуляторной батареи, показанному на Фиг. 2 и Фиг. 3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Сначала со ссылкой на Фиг. 2 и 3, съемный модуль аккумуляторной батареи, который может быть использован в системе модульной аккумуляторной батареи, аналогичной той, которая описана выше со ссылкой на Фиг. 1, в большинстве случаев обозначен как B2. Как уже пояснялось выше, такой модуль B2 аккумуляторной батареи может быть установлен на борту транспортного средства путем вставки в заданном направлении, предпочтительно в горизонтальном направлении (в частности, в продольном направлении или в поперечном направлении), и может быть удален из транспортного средства путем извлечения в направлении, противоположном направлению вставки.
Модуль B2 аккумуляторной батареи содержит, прежде всего, внешнюю оболочку 10 и один или несколько (перезаряжаемых) аккумуляторных блоков 12, размещенных внутри оболочки 10. В варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, модуль B2 аккумуляторной батареи содержит два аккумуляторных блока 12, но, конечно, может быть предусмотрено и другое количество аккумуляторных блоков.
Аккумуляторные блоки 12 расположены в контакте с первой теплопроводящей пластиной 14 (далее в документе называемой просто «первой пластиной»), также размещенной внутри оболочки 10. Предпочтительно, первая пластина 14 расположена на нижней стенке 10а оболочки 10, а аккумуляторные блоки 12 опираются на верхнюю поверхность 14а первой пластины 14.
Внутри первой пластины 14 предусмотрен внутренний контур, заполненный теплообменной текучей средой (например, водой). Принудительное протекание теплообменной текучей среды во внутреннем контуре обеспечивается насосом 16, также расположенным внутри оболочки 10. Внутренний контур содержит входную трубку 18, которая продолжается от нагнетательного порта насоса 16 в направлении внутренней части первой пластины 14, и выходную трубку 20, которая продолжается от первой пластины 14.
Как показано на Фиг. 1, после установки на борту транспортного средства модуль B2 аккумуляторной батареи подключают с помощью разъема N к системе BMS управления аккумуляторной батареей транспортного средства. В дополнение к управлению потоком электроэнергии к аккумуляторным блокам 12 модуля B2 аккумуляторной батареи и от них, разъем N также обеспечивает электрические и электронные соединения, необходимые, с одной стороны, для питания насоса 16, а с другой - для управления температурой аккумуляторных блоков 12.
Модуль B2 аккумуляторной батареи дополнительно содержит вторую теплопроводную пластину 22 (далее в документе называемую просто «вторая пластина»), которая сообщается по текучей среде с внутренним контуром так, чтобы теплообменная текучая среда протекала через нее во внутреннем контуре. Более конкретно, вторая пластина 22 соединена с одной стороны с выходной трубкой 20, а с другой стороны - со входом насоса 16 через участок соединительной трубки 24. Затем теплообменная текучая среда попадает во вторую пластину 22 через выходную трубку 20 и вытекает из этой пластины через соединительную трубку 24, после чего, под действием насоса 16, принудительно протекает в оставшейся части контура, продолжающейся внутри первой пластины 14.
Вторая пластина 22 составляет одно целое с оболочкой 10 и расположена своей внешней поверхностью 22a за пределами оболочки 10 так, что она обеспечивает полную водонепроницаемость модуля B2 аккумуляторной батареи, и может быть расположена в контакте с лицевой поверхностью 26a соответствующей пластины 26 непосредственного испарения, которая стационарно установлена на борту транспортного средства, как будет разъяснено подробно ниже.
Между второй пластиной 22 и пластиной 26 непосредственного испарения предпочтительно предусмотрен слой мягкого теплопроводящего материала для компенсации допусков и возможных отклонений от параллельности между соответствующими поверхностями 22а и 26а, находящимися в контакте друг с другом.
Как показано на Фиг. 4, пластина 26 непосредственного испарения установлена вдоль вспомогательного охлаждающего контура 28, в котором протекает охлаждающий газ. Вспомогательный охлаждающий контур 28 содержит терморегулирующий вентиль 30 (общеизвестный и далее обозначаемый как вентиль TXV), расположенный последовательно с пластиной 26 непосредственного испарения для охлаждения последней, а также вторую пластину 22 модуля B2 аккумуляторной батареи.
Как показано на Фиг.4, вспомогательный охлаждающий контур 28, предназначенный для охлаждения съемного модуля (модулей) B2 аккумуляторной батареи, преимущественно объединен с системой кондиционирования воздуха для кондиционирования воздуха в пассажирском салоне транспортного средства. В частности, в варианте осуществления, предложенном в данном документе, вспомогательный охлаждающий контур 28 соединен с помощью трехходового клапана 32 и обратного клапана 34 с основным охлаждающим контуром 36 системы кондиционирования воздуха транспортного средства, который содержит известный сам по себе способ - компрессор 38, конденсатор 40, терморегулирующий вентиль 42 и испаритель 44, расположенные последовательно друг за другом. С помощью соответствующего управления трехходовым клапаном 32 газообразный хладагент основного охлаждающего контура 36 можно заставить протекать также во вспомогательном охлаждающем контуре 28 для охлаждения съемного модуля (модулей) B2 аккумуляторной батареи. Естественно, трехходовым клапаном 32 будут управлять для соединения основного охлаждающего контура 36 со вспомогательным охлаждающим контуром 28 и, таким образом, обеспечения потока газообразного хладагента внутри последнего, как только система BMS управления аккумуляторной батареи обнаружит наличие, по меньшей мере, один съемный модуль B2 аккумуляторной батареи.
Даже если в варианте осуществления на Фиг.4 показан только один съемный модуль аккумуляторной батареи, может быть предусмотрено использование нескольких съемных модулей аккумуляторной батареи, как уже предполагалось выше, и в этом случае могут быть предусмотрены либо одна пластина непосредственного испарения, расположенная так, чтобы взаимодействовать с модулями аккумуляторной батареи, обращенными к ней, либо несколько пластин непосредственного испарения - по одной на каждый модуль аккумуляторной батареи. Все пластины непосредственного испарения будут установлены вдоль вспомогательного охлаждающего контура 28.
Во время работы тепло, выделяемое аккумуляторными блоками 12, передается за счет теплопроводности на первую пластину 14 и, через теплообменную текучую среду, которая протекает во внутреннем контуре, продолжающемся внутри первой пластины 14, передается от первой пластины 14 ко второй пластине 22, где оно может быть рассеяно за счет теплопроводности (или, скорее, в основном за счет теплопроводности) за пределами модуля B2 аккумуляторной батареи за счет контакта внешней поверхности 22a второй пластины 22 с соответствующей поверхностью 26a пластины 26 непосредственного испарения. Поток теплообменной текучей среды в таком контуре регулируется насосом 16, управляемым системой BMS управления аккумуляторной батареей так, чтобы поддерживать температуру аккумуляторных блоков 12 в заданном оптимальном температурном диапазоне.
Следует отметить, что предлагаемый вариант осуществления настоящего изобретения приведен исключительно в качестве примера, и не является ограничивающим. Специалист в данной области техники может легко осуществить изобретение в соответствии с различными вариантами его осуществления, которые не отклоняются от принципов, изложенных в данном документе, и которые следует рассматривать как подпадающие под объем данного изобретения, ограниченный в прилагаемой формуле изобретения.
Это, в частности, относится к возможности предложения количества и/или расположения съемных модулей аккумуляторной батареи, которые отличаются от представленных в данном документе.
1. Автомобильное транспортное средство с электрическим или гибридным приводом (V) с системой модульной аккумуляторной батареи, содержащей по меньшей мере один стационарный модуль (B1) аккумуляторной батареи, постоянно установленный на борту транспортного средства (V), по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи и систему (BMS) управления аккумуляторной батареей, выполненную с возможностью управления работой упомянутых модулей (B1, B2) аккумуляторной батареи,
в котором упомянутый по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи содержит наружную оболочку (10), первую теплопроводящую пластину (14), помещенную внутри упомянутой оболочки (10), по меньшей мере один перезаряжаемый аккумуляторный блок (12), который помещен внутри упомянутой оболочки (10) и установлен в контакте с упомянутой первой пластиной (14), внутренний контур, который продолжается внутри упомянутой первой пластины (14) и заполнен теплообменной текучей средой, и вторую теплопроводящую пластину (22), которая выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с упомянутым внутренним контуром так, чтобы теплообменная текучая среда протекала через нее в упомянутом внутреннем контуре, и которая выполнена с внешней поверхностью (22а) за пределами упомянутой оболочки (10), и
в котором такое автомобильное транспортное средство содержит вспомогательный охлаждающий контур (28), имеющий по меньшей мере одну пластину (26) непосредственного испарения, которая прикреплена к автомобильному транспортному средству (V) и выполнена с возможностью контакта с упомянутой второй пластиной (22) упомянутого по меньшей мере одного съемного модуля (B2) аккумуляторной батареи, когда упомянутый по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи установлен на автомобильном транспортном средстве (V).
2. Автомобильное транспортное средство по п. 1, в котором упомянутый по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи дополнительно содержит насос (16), который помещен внутри упомянутой оболочки (10) и выполнен с возможностью принуждения теплообменной текучей среды к протеканию в упомянутом внутреннем контуре.
3. Автомобильное транспортное средство по п. 2, в котором упомянутый по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи дополнительно содержит измерительное средство, обеспечивающее сигнал, указывающий на температуру упомянутого по меньшей мере одного аккумуляторного блока (12), и электрическое или электронное средство (N) подключения, выполненное с возможностью передачи сигнала, подаваемого упомянутым измерительным средством в упомянутую систему (BMS) управления аккумуляторной батареей и с возможностью питания упомянутого насоса (16).
4. Автомобильное транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый вспомогательный охлаждающий контур (28) дополнительно содержит терморегулирующий вентиль (30), установленный последовательно с упомянутой по меньшей мере одной пластиной (26) непосредственного испарения.
5. Автомобильное транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее основной охлаждающий контур (36) для кондиционирования воздуха в пассажирском салоне автомобильного транспортного средства, в котором упомянутый вспомогательный охлаждающий контур (28) подключен к упомянутому основному охлаждающему контуру (36) посредством клапанных средств (32, 34) управления расходом для управления потоком охлаждающего газа между упомянутым основным охлаждающим контуром (36) и упомянутым вспомогательным охлаждающим контуром (28).
6. Автомобильное транспортное средство по п. 5, в котором упомянутая система (BMS) управления аккумуляторной батареей выполнена с возможностью управления упомянутыми клапанными средствами (32, 34) управления расходом так, чтобы ввести упомянутый основной охлаждающий контур (36) в сообщение по текучей среде с упомянутым вспомогательным охлаждающим контуром (28), когда по меньшей мере один съемный модуль (B2) аккумуляторной батареи установлен в автомобильном транспортном средстве (V).
