Система для подогрева аккумуляторной батареи транспортного средства

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДОГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Научно-инженерное республиканское унитарное предприятие Белавтотракторостроение(72) Авторы Высоцкий Михаил Степанович Харитончик Сергей Васильевич Баулин Сергей Сергеевич Ярусов Анатолий Григорьевич(73) Патентообладатель Научно-инженерное республиканское унитарное предприятие Белавтотракторостроение(57) Система для подогрева аккумуляторной батареи транспортного средства, содержащая два датчика температуры и теплозащитный контейнер для установки аккумуляторной батареи, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит теплоаккумулятор с теплоемким наполнителем и нагревательными трубопроводами, предназначенными для подключения к трубопроводам системы охлаждения двигателя, насос с приводным электродвигателем и нагревательный резистор, размещенные в упомянутом контейнере, два реле и стабилизатор напряжения,причем первый датчик температуры установлен в теплоаккумуляторе, второй датчик - в контейнере, а теплоаккумулятор, насос и контейнер соединены последовательно замкнутым контуром трубопроводов с жидким теплоносителем, при этом первый вход электродвигателя, связанный с первыми входами датчиков температуры и с первым выводом резистора, предназначен для подключения к отрицательному полюсу аккумуляторной батареи, вход стабилизатора напряжения, связанный с первыми входами первого и второго реле и перекидным контактом первого реле, предназначен для подключения к положительному полюсу аккумуляторной батареи, выход стабилизатора связан со вторыми входами первого и второго датчиков, выход первого датчика соединен со вторым входом второго реле, а выход второго датчика - со вторым входом первого реле, неподвижный контакт которого соединен с перекидным контактом второго реле, один из неподвижных контактов которого соединен со вторым входом электродвигателя, а другой неподвижный контакт - со вторым выводом резистора.(56) 1. Патент 2211942, 2003. 2. Патент 2120057, 1998. Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к средствам подогрева аккумуляторной батареи автомобилей, тракторов, дорожно-строительных машин и военной техники с целью защиты от замерзания электролита в зимнее время. В настоящее время на транспортных средствах наибольшее применение находят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Эти батареи в зимнее время нуждаются в защите от замерзания электролита, что может привести к разрушению корпуса и внутренних элементов. Максимально заряженная аккумуляторная батарея, имеющая наибольшую плотность электролита, остается работоспособной до температуры минус 20 С. Если же батарея разряжена на 50 , то вследствие меньшей плотности электролит может замерзнуть уже при температуре около минус 10 С. Учитывая также, что охлаждение вызывает падение мощности аккумуляторной батареи, необходимо предотвратить снижение ее температуры ниже нуля. Известно устройство подогрева двигателя внутреннего сгорания 1, содержащее тепловой аккумулятор, датчик температуры и дополнительный привод циркуляции теплоносителя с блоком управления. Недостатком этого устройства является невозможность его применения для защиты аккумуляторной батареи от переохлаждения (замерзания) электролита. Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является устройство подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения 2. Это устройство содержит теплозащитный контейнер для помещения аккумуляторной батареи, по крайней мере, один тепловой датчик, ручной переключатель, блок управления и внешний отопитель, соединенный трубопроводом, охватывающим систему обогрева салона автомобиля и систему нагрева аккумуляторной батареи. Недостаток этого устройства состоит в том, что источником тепла является внешний отопитель, а тепло, выделяемое двигателем во время его работы, не аккумулируется и не используется. Для подогрева аккумуляторной батареи не используется также и электрическая энергия самой батареи. Задачей настоящего технического решения является создание системы подогрева аккумуляторной батареи с использованием тепла, выделяемого во время работы двигателя, а также с использованием электрической энергии самой батареи. Поставленная задача решена в системе для подогрева аккумуляторной батареи транспортного средства, содержащей теплозащитный контейнер для установки аккумуляторной батареи и два датчика температуры, причем, согласно техническому решению, система дополнительно содержит теплоаккумулятор с теплоемким наполнителем и нагревательными трубопроводами, предназначенными для подключения к трубопроводам системы охлаждения двигателя, насос с приводным электродвигателем и нагревательный резистор,размещенные в упомянутом контейнере, два реле и стабилизатор напряжения. Причем первый датчик температуры установлен в теплоаккумуляторе, второй датчик - в контейнере, а теплоаккумулятор, насос и контейнер соединены последовательно замкнутым контуром трубопроводов с жидким теплоносителем. При этом первый вход электродвигателя,связанный с первыми входами датчиков температуры и с первым выводом резистора,предназначен для подключения к отрицательному полюсу аккумуляторной батареи. Вход стабилизатора напряжения, связанный с первыми входами первого и второго реле и перекидным контактом первого реле, предназначен для подключения к положительному полюсу аккумуляторной батареи. Выход стабилизатора связан со вторыми входами первого и второго датчиков. Выход первого датчика соединен со вторым входом второго реле, а выход второго датчика - со вторым входом первого реле, неподвижный контакт которого 2 23252005.12.30 соединен с перекидным контактом второго реле, один из неподвижных контактов которого соединен со вторым входом электродвигателя, а другой неподвижный контакт - со вторым выводом резистора. Основной технический эффект от применения предлагаемой системы - использование для подогрева аккумуляторной батареи тепловой энергии работающего двигателя, а также электрической энергии самой батареи. В результате этого обеспечивается длительное поддержание аккумуляторной батареи в работоспособном состоянии и предотвращение замерзания электролита в зимнее время. На фиг. 1 изображена схема предлагаемой системы подогрева аккумуляторной батареи, на фиг. 2 - схема цифрового датчика температуры. Система (фиг. 1) содержит теплоаккумулятор 1 с теплоемким наполнителем 2, нагревательными трубами 3 и 4 и датчиком температуры 5. Система содержит также теплозащитный контейнер 6 для установки аккумуляторной батареи 7, насос 8 с приводным электродвигателем 9. Теплоаккумулятор 1, насос 8 и контейнер 6 соединены последовательно замкнутым трубопроводом 10, заполненным жидким теплоносителем. В контейнере 6 установлены датчик температуры 11 и нагревательный резистор 12. Кроме того, в системе имеются два реле 13 и 14 с контактами 15, 16 и 17-19 соответственно, а также стабилизатор напряжения 20. На фиг. 1 схематично показаны также двигатель внутреннего сгорания 21 с жидкостным охлаждением, его радиатор 22, насос 23 и трубопроводы 24 и 25, к которым подключаются трубопроводы 3 и 4 теплоаккумулятора 1. Первый вход электродвигателя 9, связанный с первыми входами датчиков 5 и 11 и с первым выводом резистора 12, предназначен для подключения к отрицательному полюсу аккумуляторной батареи 7. Вход стабилизатора напряжения 20, связанный с первыми входами реле 13 и 14 и контактом 15 реле 13, предназначен для подключения к положительному полюсу аккумуляторной батареи 7. Выход стабилизатора 20 связан со вторыми входами датчиков 5 и 11. Выход датчика 5 соединен со вторым входом реле 14, а выход датчика 11 - со вторым входом реле 13, контакт 16 которого соединен с перекидным контактом 17 реле 14. Контакт 18 реле 14 соединен со вторым входом электродвигателя 9, а контакт 19 - со вторым выводом резистора 12. Датчик температуры 5 и 11, используемый в предлагаемой системе, представляет собой интегральную микросхему, содержащую (фиг. 2) цифровой сенсор температуры 26 и энергонезависимую память 27 для записи в цифровой форме нижней Тн и верхней Тв температурных границ. В качестве примера можно принять Тн 0 С и Тв 5 С. Датчик температуры 5 и 11 содержит также схему сравнения 28 и выходной транзистор 29. Цифрами 30 и 31 обозначены соответственно первый и второй входы, цифрой 32 - выход датчика 5 и 11. Выходы сенсора 26 и памяти 27 подключены к соответствующим входам схемы сравнения 28, выход которой соединен с входом управления транзистора 29. Вход 30 связан с эмиттером транзистора 29 и с земляными входами сенсора 26 и схемы сравнения 28,вход 31 - с входами питания сенсора 26 и схемы сравнения 28, а выход 32 соединен с коллектором транзистора 29. Предлагаемая система для подогрева аккумуляторной батареи работает следующим образом. Основным источником тепла на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, строительной и военной технике) является двигатель внутреннего сгорания 21. При его работе охлаждающая жидкость с температурой 100-110 С с помощью насоса 23 прокачивается по трубопроводам 24 и 25, подключенным к трубопроводам 3 и 4, через теплоаккумулятор 1, в котором теплоемкий наполнитель 2 расплавляется. В процессе плавления происходит поглощение большого количества тепла и накопление его в теплоаккумуляторе 1. После выключения двигателя 21 температура в теплоаккумуляторе 1, имеющем теплозащитный корпус, медленно понижается. При достижении температуры застывания на 3 23252005.12.30 полнителя 2 происходит выделение большого количества тепла, в результате чего в теплоаккумуляторе 1 в течение длительного времени (несколько суток) поддерживается высокая температура. Температура в теплозащитном контейнере 6 с аккумуляторной батареей 7 измеряется датчиком 11, который получает питание из стабилизатора 20. Если текущая температура в контейнере 6 выше верхней границы (6 Тв), то выходной ключевой транзистор 29 в датчике 11 разомкнут (весьма большое сопротивление), поэтому ток через обмотку реле 13 не протекает и его контакты 15 и 16 разомкнуты. Если текущая температура в контейнере 6 понизилась ниже нижней границы (6 Тн),то выходной ключевой транзистор 29 в датчике 11 замыкается на отрицательный полюс аккумулятора 7. При этом через обмотку реле 13 будет протекать ток, а его контакты 15 и 16 замыкаются, и напряжение аккумулятора 7 поступит на перекидной контакт 17 реле 14. Далее, в зависимости от положения перекидного контакта 17, напряжение батареи 7 поступит на электродвигатель 9 или на резистор 12. Температура в теплоаккумуляторе 1 измеряется датчиком 5, аналогичным описанному датчику 11. Если текущая температура в теплоаккумуляторе 1 выше верхней границы(1 Тв), то выходной ключевой транзистор 29 датчика 5 разомкнут (весьма большое сопротивление), поэтому ток через обмотку реле 14 не протекает и его перекидной контакт 17 находится в верхнем положении. Тогда напряжение аккумуляторной батареи 7 через замкнутые контакты 17 и 18 поступит на электродвигатель 9, который будет вращать насос 8 и прокачивать теплую жидкость по трубопроводу 10 через теплоаккумулятор 1 и контейнер 6. В результате этого температура в контейнере 6 с батареей 7 будет повышаться. Заметим, что температура будет немного повышаться также за счет протекания тока через батарею 7 и электродвигатель 9. При достижении условия 6 Тв выходной транзистор 29 датчика 11 выключается, реле 13 размыкает свои контакты 15 и 16, и электродвигатель 9 с насосом 8 останавливаются. При очередном понижении температуры в контейнере 6 ниже нижней границы(6 н) вновь включится электродвигатель 9 с насосом 8, и тепло из теплоаккумулятора 1 передастся в контейнер 6. Таким образом, температура в контейнере 6 с аккумуляторной батареей 7 будет поддерживаться в диапазоне между заданными границами Тн и Тв длительное время (несколько суток). Этим предотвращается замерзание электролита в зимнее время и обеспечивается готовность к работе батареи 7. При ежедневном включении двигателя внутреннего сгорания 21 происходит пополнение тепла в теплоаккумуляторе 1, и работа системы продолжается, как описано выше. Теперь допустим, что при простое двигателя 21 в течение нескольких суток температура в теплоаккумуляторе 1 понизилась ниже нижней границы Тн. В этом случае выходной транзистор 29 датчика 5 замыкается на отрицательный полюс аккумуляторной батареи 7. При этом через обмотку реле 14 будет протекать ток, а его перекидной контакт 17 замыкается на нижний неподвижный контакт 19. Если в контейнере 6 температура будет ниже нижней границы (6 Тн), то напряжение батареи 7 с нижнего контакта 19 реле 14 поступит на резистор 12, работающий в качестве нагревательного элемента. За счет протекания тока через резистор 12 выделится тепло, и произойдет подогрев контейнера 6 с батареей 7. При достижении условия 6 Тв выходной транзистор 29 датчика 11 выключается, реле 13 размыкает свои контакты, и резистор 12 выключается. Таким образом,температура в контейнере 6 с батареей 7 все еще будет поддерживаться в диапазоне между заданными границами Тн и Тв за счет собственной энергии батареи 7. Таким образом, в предлагаемой системе для подогрева аккумуляторной батареи 7 рационально используется тепловая энергия работающего двигателя 21 и электрическая энергия самой батареи 7. Борьба за живучесть аккумуляторной батареи 7 продолжается до полного исчерпания источников тепловой и электрической энергии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5