Устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторных батарей
Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно, к средствам запуска двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. Техническим результатом патентуемого решения является упрощение конструкции устройства, обеспечение поддержания температуры аккумуляторных батарей в установленном диапазоне, обеспечивающим работу батарей в режиме принятия заряда и стартерного разряда при температурах окружающей среды до минус 50°С.Заявленный технический результат, достигается за счет конструкции устройства автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторных батарей, содержащего теплоизолированный аккумуляторный отсек для размещения, по меньшей мере, одной аккумуляторной батареи и теплообменника, вход которого соединен с автоматизированным жидкостным подогревателем, электронный блок управления с адаптивным алгоритмом работы и датчиками температуры электролита в аккумуляторной батарее, обогреваемый топливозаборник, вход которого соединен с выходом теплообменника аккумуляторного отсека, а выход, через распределительный узел, - с входом автоматизированного жидкостного подогревателя.
Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно, к средствам запуска двигателей внутреннего сгорания транспортных средств.
Из уровня техники известны следующие конструкции устройств аналогичного назначения.
Так, из описания к патенту РФ 
2508465 (опубликован 27.02.2014) известно устройство, содержащее отсек с аккумуляторной батареей, утепленными стенками и днищем, в которое встроен радиатор, подключенный к системе обогрева и отопления транспортного средства через перекрывающий подачу теплоносителя кран, термоэлектрической генератор, импульсный преобразователь напряжения. Термоэлектрический генератор размещен между днищем и аккумуляторной батареей и электрически связан с аккумуляторной батареей через импульсный преобразователь напряжения. За счет применения термоэлектрического генератора в оптимальном режиме эксплуатации обеспечивается повышение допустимого времени автономной работы устройства обогрева.
Кроме этого, известен предпусковой подогреватель двигателя с дополнительным обогревом аккумуляторных батарей и предохранителем отключения, состоящий из теплообменника, горелки, насосного агрегата, патрубка выхода отработавших газов, источника высокого напряжения (транзисторного коммутатора), отличающийся тем, что дополнительно содержит переходник на патрубок выхода отработавших газов, трубопровод для отвода отработавших газов, распределитель воздушного потока, электромагнитный клапан, температурный датчик, теплообменник (патент РФ 85860, опубликован 20.08.2009).
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является устройство обогрева аккумуляторных батарей, содержащее также как и патентуемое, термоизолированный аккумуляторный отсек с аккумуляторными батареями и теплообменником, соединенным с устройством подачи теплоносителя (патент РФ 128667, опубликован 27.05.2013).
К недостаткам известных решений можно отнести следующие:
- для функционирования устройства обогрева аккумуляторных батарей необходимо приводить в действие предпусковой подогреватель двигателя, что приводит к высокому расходу топлива и электроэнергии;
- время разогрева двигателя в разы меньше времени разогрева аккумуляторной батареи от внешнего источника тепловой энергии (жидкостного теплообменника), соответственно присутствует не рациональное использование тепловой мощности предпускового подогревателя двигателя;
- удельная мощность термоэлектрического генератора малого размера сравнительно не велика, поэтому он не сможет в полной мере компенсировать высокий расход электроэнергии предпусковым подогревателем большой мощности и значительно увеличить время функционирования устройства обогрева.
Предпусковой подогреватель двигателя с дополнительным обогревом аккумуляторных батарей и предохранителем отключения (патент РФ 85860, опубликован 20.08.2009) имеет следующие недостатки:
- как и предыдущее устройство использует тепловую энергию, вырабатываемую предпусковым подогревателем большой мощности, что приводит к повышенному расходу энергоресурсов;
- отработавшие газы предпускового подогревателя имеют довольно низкую теплоемкость по сравнению с жидкостью системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания, поэтому эффективность разогрева аккумуляторных батарей будет низкой.
Кроме этого, к недостаткам представленных устройств, наиболее близких по совокупности применяемых технических решений, можно отнести следующие:
- устройства обогрева аккумуляторных батарей не имеют собственного независимого жидкостного контура и используют в качестве источника тепловой энергии предпусковые подогреватели большой мощности. Так при разогреве аккумуляторных батарей вынужденно будет происходить разогрев двигателя внутреннего сгорания, что приведет к нерациональному расходованию топлива и электроэнергии;
- устройства обогрева аккумуляторных батарей отработавшими газами предпускового подогревателя двигателя по мимо перечисленных недостатков обладают более низкой эффективностью по причине меньшей теплоемкости газов по отношению к охлаждающей жидкости;
- представленные устройства не имеют обратной связи по температуре электролита в батарее и не обеспечивают длительное поддержание в автоматическом режиме теплового состояния аккумуляторных батарей в заданном диапазоне температур при относительно малом расходе энергоресурсов.
- представленные устройства не обеспечивают разогрев топлива в районе топливозаборника топливного бака транспортного средства.
Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение автономности функционирования устройства обогрева аккумуляторных батарей, обеспечение автоматического поддержания температуры электролита в аккумуляторной батарее и топлива в топливном баке в установленном диапазоне в течение длительного промежутка времени с приоритетом разогрева аккумуляторной батареи, а также обеспечение длительного поддержания температуры электролита в аккумуляторной батарее в установленном диапазоне температур, обеспечивающей работоспособность батареи в режиме заряда и стартерного разряда при температурах окружающего воздуха до минус 50°С.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции устройства автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторных батарей автомобиля, содержащего теплоизолированный аккумуляторный отсек для размещения, по меньшей мере, одной аккумуляторной батареи и теплообменника, вход которого соединен с автоматизированным жидкостным подогревателем (теплогенератором), оборудованным электронным блоком управления с адаптивным алгоритмом работы и датчиками температуры электролита в аккумуляторной батарее, обогреваемый топливозаборник, вход которого соединен с выходом теплообменника аккумуляторного отсека, а выход, через распределительный узел, - с входом автоматизированного жидкостного подогревателя.
В частности, обогреваемый топливозаборник может представлять собой жидкостной обогреваемый топливозаборник, автоматизированный жидкостной подогреватель может быть выполнен с возможностью его управления через пульт, размещенный в кабине автомобиля, и соединен с топливным бачком, а обогреваемый топливозаборник может быть выполнен с возможностью его встраивания в топливный бак автомобиля.
Кроме этого, устройство дополнительно может содержать резервный топливный бачок.
Источником тепловой энергии служит жидкостной подогреватель, оборудованный электронным блоком управления, выносными датчиками температуры и обеспечивающий управление работой устройства с рабочего места водителя. Электронный блок управления размещен на жидкостном подогревателе (теплогенераторе) с пультом управления в кабине и производит постоянную диагностику состояния системы, сигнализирует о неисправностях ее элементов и обеспечивает высокую автоматизацию и безопасность применения устройства.
Питание электроэнергией патентуемого устройства происходит от обогреваемых им аккумуляторных батарей. Питание топливом жидкостного подогревателя происходит из топливного бака транспортного средства. В качестве резервной емкости используется дополнительно установленный топливный бачок. В случае застывания топлива в топливном баке транспортного средства для первого запуска устройства обогрева может быть использован резервный топливный бачок, заправленный топливом подходящей консистенции.
Таким образом, при эксплуатации патентуемого устройства обеспечивается автономность функционирования устройства обогрева аккумуляторных батарей, которое достигается за счет применения в качестве генератора тепловой энергии автоматизированного жидкостного подогревателя малой мощности, соединенного в независимый жидкостной контур с теплообменным аппаратом в аккумуляторном отсеке и топливном баке, а также обеспечивается автоматическое поддержание температуры электролита в аккумуляторной батарее и топлива в топливном баке в установленном диапазоне в течении длительного промежутка времени с приоритетом разогрева аккумуляторной батареи, а наличие обратной связи блока управления по температуре электролита исключает возможность перегрева аккумуляторной батареи по причине функционирования устройства обогрева. Совокупность устройств, примененных в патентуемом устройстве, обеспечивает длительное поддержание температуры электролита в аккумуляторной батарее в установленном диапазоне температур, обеспечивающей работоспособность батареи в режиме заряда и стартерного разряда при температурах окружающего воздуха до минус 50°C.
Кроме этого, использование в составе устройства топливозаборника со встроенным теплообменником обеспечивает прогрев только порции топлива необходимой для запуска двигателя и первого времени его работы, а не всего топливного бака, что положительно сказывается на экономических показателях устройства в целом.
Далее решение поясняется с помощью фигуры, на которой приведен общий вид патентуемого устройства. Как видно из фигуры, устройство содержит теплоизолированный аккумуляторный отсек 1 с размещенными внутри него двумя аккумуляторными батареями 2 и теплообменником 3. Теплообменник 3 представляет собой жидкостной радиатор с плоской гладкой наружной стенкой в виде прямоугольника размером с днище аккумуляторного отсека. Внутри теплообменника выделены каналы для обеспечения движения рабочей жидкости с целью достижения максимальной теплоотдачи от рабочей жидкости к наружной стенке теплообменника. Вход теплообменника соединен через патрубок с линией подачи рабочей жидкости 4 с автоматизированным жидкостным подогревателем 6 (например, АПЖ-5Д, являющимся серийно выпускаемым изделием). Управление подогревателем 6 осуществляется из салона автомобиля с помощью пульта управления 5. Питание топливом жидкостного подогревателя 6 осуществляется в штатном режиме из топливного бака 10, в аварийном режиме - из топливного бачка 7. Жидкостной насос, обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости, входит в состав жидкостного подогревателя 6 и на фигуре не показан. Входной патрубок жидкостного подогревателя одновременно соединен при помощи резинового шланга 8 с выходным каналом из подогреваемого топливозаборника 11 и выходным патрубком жидкостного теплообменника 3. Подогреваемый топливозаборник выполняется в виде трубчатого теплообменника с заборной трубкой посередине. В качестве комутационно-распределительного узла выступает кран 9, установленный на линии всасывания жидкостного насоса подогревателя 6. Подогреваемый топливозаборник 11 монтируется в топливном баке 10 транспортного средства и соединяется с гидравлической системой подогревателя 6 при помощи резиновых шлангов 8.
Работает устройство следующим образом.
При пониженной температуре окружающей среды пользователь с помощью пульта управления 5 производит включение жидкостного подогревателя 6. Электронный блок управления жидкостным подогревателем 6 производит диагностику всех элементов устройства и производит розжиг горелки жидкостного подогревателя 6. Одновременно с розжигом горелки предпускового подогревателя происходит запуск жидкостного насоса, входящего в состав подогревателя. Происходит нагрев рабочей жидкости. Горячая рабочая жидкость по линии 4 поступает в теплообменник 3 и далее в распределительный кран 9. Далее в зависимости от положения рукоятки на распределительном кране 9 рабочая жидкость поступает либо в подогреваемый топливозаборник 11, либо, по резиновому шлангу 8 возвращается в котел жидкостного подогревателя 6.
При достижении температуры рабочей жидкости в теплообменнике 3 верхнего значения жидкостной подогреватель 6 производит снижение выделяемой в жидкость тепловой мощности вплоть до полного отключения горелки. Подогреватель 6 переходит в режим ожидания. При понижении температуры рабочей жидкости в жидкостном теплообменнике 3 до нижнего заданного уровня производится запуск горелки жидкостного подогревателя 6. Процесс нагрева рабочей жидкости возобновляется. Верхнее и нижнее значения температуры рабочей жидкости в теплообменнике могут быть установлены при помощи пульта управления 5.
Данные циклы работы продолжаются до достижения температуры электролита в аккумуляторных батареях 2 значения в 20°C. При достижении заданного значения температуры жидкостной подогреватель 6 отключается и переходит в режим ожидания. При падении температуры электролита в аккумуляторных батареях 2 до значения 10°C происходит включение жидкостного подогревателя 6, циклы работы устройства подогрева повторяются.
1. Устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторных батарей автомобиля, характеризующееся тем, что содержит теплоизолированный аккумуляторный отсек для размещения, по меньшей мере, одной аккумуляторной батареи и теплообменника, вход которого соединен с автоматизированным жидкостным подогревателем, электронный блок управления с адаптивным алгоритмом работы и датчиками температуры электролита в аккумуляторной батарее, обогреваемый топливозаборник, вход которого соединен с выходом теплообменника аккумуляторного отсека, а выход через распределительный узел - с входом автоматизированного жидкостного подогревателя.
2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что обогреваемый топливозаборник представляет собой жидкостный обогреваемый топливозаборник.
3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что автоматизированный жидкостный подогреватель выполнен с возможностью его управления через пульт, размещенный в кабине автомобиля.
4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит резервный топливный бачок.
5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что обогреваемый топливозаборник выполнен с возможностью его встраивания в топливный бак автомобиля.
6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что электронный блок управления с адаптивным алгоритмом работы и датчиками температуры электролита в аккумуляторной батарее размещен на жидкостном подогревателе с пультом управления в кабине.
