ЭКОНОМИЧНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ АВТОМОБИЛЕЙ
COST EFFICIENT CHARGING DEVICE FOR CAR ACCUMULATORS

Изобретение относится к области электрооборудования автомобилей, а именно к устройствам для подзарядки аккумуляторных батарей во время движения автомобиля.
Общеизвестные устройства для подзарядки аккумуляторных батарей (АБ) имеют существенный недостаток: относительно высокое энергопотребление. В этих устройствах (фигура 1) электроэнергия для подзарядки (5) АБ вырабатывается трехфазным генератором (2) Г путем преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания (1) ДВС, который при этом потребляет значительное количество топлива. Трехфазный диодный выпрямитель (3) В преобразует переменное напряжение генератора в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторную батарею (5) АБ. Регулятор напряжения (6) РН изменяет ток в обмотке возбуждения (4) ОВ и осуществляет подзарядку (5) АБ как только напряжение на ее выводах становится ниже допустимого. Получаемая при этом электрическая энергия необходима для системы зажигания, освещения, системы «климат-контроль», стеклоподъемников, аудиоаппаратуры, навигационных устройств, видеорегистраторов и других электроприборов, количество которых увеличивается с каждой новой моделью автомобиля (Вершигора В.А. и др. Автомобили «Спутник ВАЗ 2108-2109», устройство и ремонт, 2-е издание, переработанное и дополненное. М., изд. «Транспорт», 1992 г., Стр. 152 - 162; Ремонт автомобилей ГАЗ > Генератор Газель 3М3 406).
В автомобилях с ДВС подзарядка аккумуляторной батареи (5) АБ осуществляется независимо от того, находится ли автомобиль в режиме разгона, или в режиме торможения, или его двигатель работает в режиме холостого хода. В них полностью отсутствуют устройства для накопления и полезного использования кинетической энергии торможения. В зависимости от комфортабельности у этих автомобилей расход бензина возрастает от 10 до 20% с подключением все большего числа потребителей электроэнергии.
Этот недостаток отсутствует в автомобилях с гибридным двигателем. Гибридный двигатель представляет собой конструкцию, сочетающую электромашину с рекуперативным торможением (двигатель - генератор) и двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Гибридный двигатель запасает кинетическую энергию в аккумуляторе при торможении автомобиля, преобразуя ее в электрическую, и использует эту энергию в дальнейшем при разгоне. Он потребляет на 20 - 25% меньше топлива, чем ДВС. Однако автомобили с гибридными двигателями существенно отличаются по конструкции от классических автомобилей с ДВС, требуют значительного переоснащения производства и станций технического обслуживания. Поэтому имеют гораздо большую стоимость и проблематичны в обслуживании (Сайты:).
Наиболее близкое решение заявляемому изобретению описано в патенте на изобретение №2455744 от 10.07.2012 г. «Экономичное рекуперативное зарядное устройство аккумуляторов автомобилей». Данное устройство позволяет экономить топливо обычных автомобилей с ДВС, поскольку осуществляет подзарядку аккумуляторной батареи преимущественно во время торможения автомобиля. Поэтому дополнительным полезным результатом такого решения является продление срока службы деталей тормозной системы: тормозных колодок, дисков, барабанов и т.п. Для этого в устройстве имеется два дополнительных датчика: датчик давления тормозной жидкости в гидравлической тормозной системе и датчик мгновенного расхода топлива двигателем. Наличие двух дополнительных датчиков усложняет установку устройства в автомобиле, увеличивает его стоимость, при этом возрастает количество проводников для подключения устройства, и, как следствие, уменьшается его надежность.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение количества топлива, затрачиваемого автомобилем на выработку электроэнергии для подзарядки аккумуляторной батареи, во время движения, улучшение эксплуатационных качеств, снижение его стоимости. Для этого в устройстве датчик давления тормозной жидкости и датчик расхода топлива заменены одним датчиком ускорения - акселерометром, который находится в самом устройстве и не требует дополнительного подключения (фигура 2). При движении автомобиля с постоянной скоростью или при его ускорении выходное напряжение акселерометра (7) А равно нулю или имеет отрицательную полярность. Это напряжение усиливается усилителем (10), при этом транзистор n-p-n типа (11) находится в закрытом состоянии и ток в обмотке возбуждения (4) ОВ отсутствует, а генератор (2) Г не вырабатывает электроэнергию и не нагружает двигатель внутреннего сгорания (1) ДВС. При торможении автомобиля напряжение на выходе акселерометра становится положительным, и усиленное усилителем (10) оно открывает транзистор (11), при этом в обмотке возбуждения (4) ОВ появляется ток, а генератор (2) Г начинает вырабатывать электроэнергию, заряжая через выпрямитель (3) В аккумуляторную батарею (5) АБ и создавая тормозное усилие автомобилю. В случае длительного отсутствия тормозного режима (например, при движении автомобиля с постоянной скоростью) электрические потребители (нагрузка) постепенно снижают напряжение на выводах аккумуляторной батареи (5) АБ, одновременно снижается и напряжение на инвертирующем входе усилителя (14). Резисторы (15) и (16) выполняют функцию делителя напряжения. А напряжение на неинвертирующем входе (+) усилителя остается относительно постоянным благодаря параметрическому стабилизатору (резистор 17 и стабилитрон 18). При некотором минимально допустимом напряжении (5) АБ напряжение на инвертирующем входе (-) усилителя (14) становится меньше, чем на не инвертирующем (+) входе, при этом усилитель (14) переходит из отрицательного насыщения в положительное насыщение. Усилитель (14) работает в режиме компаратора. Положительное выходное напряжение усилителя (14) открывает стабилитрон (22), и через резистор (19) течет ток базы, открывая транзистор (11). Это приводит к появлению тока, через щетки (24) Щ в обмотке возбуждения (4) ОВ генератора 2 (Г), и он вырабатывает электроэнергию традиционным способом, преобразуя механическую энергию двигателя (1) ДВС в электрическую энергию и заряжает батарею (5) АБ. Резистор (9) и стабилитрон (8) выполняют функцию параметрического стабилизатора для питания акселерометра (7) А, а конденсатор (23) снижает пульсации. Резисторы (19), (20) и (21) являются сумматором напряжений, которые поступают с акселерометра через усилитель (10) и со схемы обнаружения минимально допустимого напряжения на выводах аккумуляторной батареи. Резисторы (12) и (13) задают коэффициент усиления операционному усилителю (10) и, следовательно, определяют чувствительность схемы управления генератором к тормозному ускорению автомобиля.
Электропитание усилителей (10) и (14), а также цепи их коррекции на схеме не показаны.
Таким образом, использование датчика ускорения (7) А в заявляемом устройстве позволяет изготовить регулятор напряжения в виде отдельного блока без дополнительных входов и выходов. Модифицированный регулятор напряжения имеет две графитовые щетки (24) Щ и один провод для питания через разъем Р. Достаточно заменить в автомобиле стандартный регулятор напряжения на модифицированный регулятор с акселерометром, и кинетическая энергия автомобиля при его торможении будет частично использована для преобразования ее в электроэнергию, предназначенную для электропитания всей электрической системы автомобиля. Такая замена не займет более 10-15 минут времени и окупится экономией бензина через 2-3 тысячи километров пробега.