УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДОГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
DEVICE FOR AUTOMATIC HEATING OF THE BATTERY IN WINTER TIME

Предлагаемое устройство относится к области электротехники и может быть использовано в цепях внутреннего подогрева аккумуляторных батарей в зимнее время.
Известно устройство для внутреннего подогрева аккумуляторных батарей при низких наружных температурах, содержащее в каждом аккумуляторе блок разноименных электродов с сепараторами и электрический нагревательный элемент, размещенный внутри каждого аккумулятора и подключенный к выводам своего аккумулятора через последовательно включенные контакты термореле и тиристор, управляющий электрод которого подключен к обмотке импульсного трансформатора, сердечник которого охватывает соединительную перемычку каждого аккумулятора со стороны его положительного вывода, а обмотка термореле подключена к выводам аккумулятора (Патент России №2398315, кл. Н01М 10/50, опубл. 27.08.2010 г.).
Одним из существенных недостатков известного устройства является его относительная дороговизна из-за наличия нагревательного элемента, термореле, импульсного трансформатора с тиристором, значительных затрат на установку и монтаж элементов. Кроме того, использование нагревательного элемента связано с расходом электроэнергии порядка 8-10% по отношению к мощности аккумуляторов в батарее.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для подогрева аккумуляторной батареи, содержащее блоки переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент в виде резистора, схему накопления энергии, соединенную с аккумуляторной батареей и содержащую элемент накопления тока (индуктивный накопитель энергии) и элемент накопления заряда, и блок инверсии полярности (См. патент России №2528622,. Н01М 10/42, опубл. 20.09.2014 г.).
Задачей предлагаемого технического решения является упрощение схемы устройства, уменьшение его стоимости, повышение экономичности и надежности функционирования.
Решение данной технической задачи достигается тем, что известное устройство для автоматического подогрева аккумуляторной батареи, содержащее блок переключения, блок управления переключением, запитанный от аккумуляторной батареи индуктивный накопитель энергии, снабжено реле тока, связанным с минусовым зажимом аккумуляторной батареи и подключенным своим выходом к управляющему входу блока управления переключением, выполненного в виде широтно-импульсного (ШИМ) контроллера, с двумя выходами, каждый из которых через две пары согласующих элементов подключен к двум соответствующим входам блока переключения, содержащего две пары замыкающих ключей, одна из которых установлена в цепи прямого подключения индуктивного накопителя энергии к положительному зажиму аккумуляторной батареи, а другая пара замыкающих ключей установлена в цепи инверсного подключения индуктивного накопителя энергии к положительному зажиму аккумуляторной батареи, при этом управляющие входы замыкающих ключей соединены с соответствующими выходами согласующих элементов, а каждая пара упомянутых выше цепей прямого и инверсного подключения индуктивного накопителя энергии соединена между собой параллельно и подключена через упомянутое выше реле тока к минусовому зажиму аккумуляторной батареи.
Данное устройство имеет простую схему, реализуемую на типовых стандартных элементах (ШИМ контроллер, драйверы, ключи, катушка индуктивности и т.д.), небольшую стоимость, является более надежным и экономичным в работе.
Сущность устройства поясняется фиг. 1, на которой изображена его блок-схема.
Устройство для автоматического подогрева аккумуляторной батареи в зимнее время состоит из блока управления переключением 1 с двумя выходами, первый выход которого подключен к согласующим элементам 2 и 4, а второй - к согласующим элементам 3 и 5, блока переключения 6, содержащего попарно работающие ключи 7, 8 и 9, 10, образующих соответственно цепи прямого и инверсного подключения индуктивного накопителя энергии 11, реле тока 12, один вход которого подключен к минусовому зажиму аккумуляторной батареи 13, а второй - к общей точке цепей прямого и инверсного подключения индуктивного накопителя энергии 11, при этом выход реле тока 12 соединен с управляющим входом блока управления переключения 1.
Блок управления переключением 1 может быть выполнен в виде широтно-импульсного контроллера, а согласующие элементы 2-5 могут быть выполнены в виде драйверов.
Устройство работает следующим образом.
При включении его в работу на выходе блока управления 1 и соответственно на выходах согласующих элементов 2-5 появляются управляющие сигналы заданной длительности, поступающие на управляющие входы замыкающих ключей 7-10, работающих попарно: сначала замыкаются ключи 7 и 8, установленные в цепи прямого подключения индуктивного накопителя энергии 11, а затем, после размыкания ключей 7 и 8, замыкаются ключи 9 и 10, установленные в цепи инверсного подключения индуктивного накопителя энергии 11. При замыкании ключей 7 и 8 на вход индуктивного накопителя энергии 11 подается кратковременно напряжение аккумуляторной батареи 13, длительность подачи которого определяется длительностью замыкания ключей, и через накопитель 11 начинает протекать ток, изменяющийся от нуля до максимального значения в момент размыкания ключей 7 и 8. При достижении зарядным током своего максимального значения на выходе реле тока 12, работающего в пороговом режиме, появляется сигнал, поступающий на вход блока управления переключением 1. В результате этого происходит размыкание ключей 7 и 8 и замыкание ключей 9 и 10 и начинается процесс разряда (возврата) накопленной в накопителе 11 энергии на аккумуляторную батарею 13. После перехода (разряда) энергии из накопителя 11 в аккумуляторную батарею 13 начинается вновь процесс накопления энергии в накопителе 11. Накопление энергии заканчивается после размыкания ключей 9 и 10. Каждая пара ключей не только рекуперирует энергию, но и накапливает ее в следующей последовательности: цикл накопления энергии через ключи 7 и 8; цикл рекуперации энергии через ключи 9 и 10; цикл накопления энергии через ключи 9 и 10; цикл рекуперации через ключи 7 и 8 и т.д.
Индуктивный накопитель 11 в заряженном состоянии потребляет от аккумуляторной батареи мощность, компенсирующую только потери в активном сопротивлении индуктивного накопителя.
Таким образом, подогрев аккумуляторной батареи 13 происходит как во время заряда накопителя 11, так и во время его разряда на батарею 13.
Упрощение схемы устройства, уменьшение его стоимости и повышение экономичности и надежности и функционирования достигаются выполнением блока управления переключением в виде ШИМ контроллера, управляемого вновь введенным реле тока, работающим в пороговом режиме, а блока переключения - в виде двух пар управляемых замыкающих ключей, работающих попарно и образующих соответственно цепи прямого и инверсного подключения индуктивного накопителя энергии 11 к аккумуляторной батареи 13, подключенные через упомянутое реле тока к минусовому зажиму аккумуляторной батареи.
Устройство осуществлено на основе серийно выпускаемых элементов и узлов (контроллер, полупроводниковые ключи, драйверы и т.п.).
Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволило существенно упростить его схему, повысить надежность и экономичность (в связи с отсутствием в схеме демпфирующего элемента (резистора) потеря активной мощности минимальна), уменьшить габариты и массу и в конечном счете снизить его стоимость.