УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, например, при проведении геофизических исследований в море.
Известны различные устройства, улучшающие работу аккумуляторных батарей при пониженных температурах. Как правило, они содержат защитные кожухи и нагревательные элементы, размещенные внутри. При этом нагревательные элементы оснащаются выключателем, чувствительным к температуре, либо таймером, обеспечивающим некоторое время работы для повышения температуры, а в качестве источника энергии для нагревательных элементов используют дополнительные источники питания. (Патенты США №5994669; №5281792; №5039927). Однако все эти устройства не учитывают тепловую инерцию системы, не учитывают зависимость энергоемкости аккумулятора от температуры и требуют для подогрева дополнительного источника питания, что делает их применение недостаточно эффективным и не всегда удобным.
Наиболее близкой по назначению к заявляемой модели является устройство батарейного блока для работы в условиях пониженных температур, приведенное п. РФ 2451370 C1. Устройство включает в себя снабженный отверстиями для циркуляции воздуха корпус, установленные внутри корпуса батарейный блок и температурный датчик, который соединен с находящимся вне корпуса контроллером. На дне корпуса с наружной стороны установлен подключенный к контроллеру нагреватель, снизу которого расположена теплоизоляция. При срабатывании температурного датчика, настроенного на температуру ниже 0°C, контроллер включает нагреватель и отключает его при достижении температуры на температурном датчике выше 0°C.
Однако, наличие отверстий в корпусе устройства, размещение нагревателя с теплоизоляцией и контроллера вне корпуса приводит к потерям энергии на поддержание требуемой температуры. Контроллер, включающий нагрев при снижении температуры ниже 0°C и отключающий нагрев при увеличении температуры выше 0°C не учитывает тепловую инертность системы, что ведет к забросам температуры выше 0°C при отключении и ниже 0°C при включении нагревателя. Использование значения температуры батарейного отсека «0°C» в качестве точки включения/отключения нагревателя не учитывает степени разряда батареи и необходимой продолжительности работы, что приводит к дополнительным нерациональным затратам энергии. Кроме того, в известном устройстве для питания нагревательного элемента требуется дополнительный источник энергии.
Задачей заявляемой модели является расширение ассортимента устройств энергосбережения для аккумуляторных батарей различных типов при эксплуатации в условиях пониженных температур.
Техническим результатом заявляемой модели является повышение энергоотдачи аккумуляторных батарей в условиях пониженной температуры окружающей среды.
Поставленная задача решается устройством энергосбережения для аккумуляторных батарей, содержащим корпус, в котором установлены аккумуляторная батарея, нагреватель, температурный датчик и контроллер, при этом внутренняя поверхность корпуса снабжена теплоизолирующим экраном, контроллер соединен с температурным датчиком и нагревателем, который подключен к аккумуляторной батарее, при этом контроллер снабжен управляющей программой включения/выключения нагревателя, рассчитывающей оптимальную температуру максимальной энергоотдачи батареи с учетом типа установленной батареи, разрядных характеристик батареи в зависимости от температуры, необходимого времени работы и осуществляющей непрерывное вычисление производной температуры по времени.
Для уменьшения энергопотерь при эксплуатации устройства полезную нагрузку целесообразно размещать в корпусе вместе с батареей, что позволит использовать тепловую энергию, выделяемую на полезной нагрузке.
На Фиг. приведена одна из возможных схем заявляемого устройства, где 1 - аккумуляторная батарея, 2 - полезная нагрузка, 3 - контроллер управления нагревательным элементом, 4 - температурный датчик, 5 -нагревательный элемент, 6 - корпус с термоизолирующим экраном.
Принцип применения заявляемого устройства основан на том, что при определенном тепловом сопротивлении термоизолирующего экрана (6), с учетом падения емкости аккумуляторной батареи (1) при понижении температуры, оказывается выгодным часть энергии аккумуляторной батареи (1) направить на поддержание повышенной температуры внутри корпуса, при этом энергоотдача батареи возрастает по сравнению с батареей, эксплуатируемой вне устройства. Для получения максимальной энергоотдачи следует учитывать тепловыделение в процессе работы, а также ряд других факторов, которые оказывают влияние на оптимальную температуру, необходимую для максимальной энергоотдачи батареи, а именно: теплопотери в окружающую среду, которые, в свою очередь, зависят от теплового сопротивления теплоизолирующего экрана (6), а также таких внешних условий как интенсивность теплообмена; емкость аккумуляторной батареи (1) в зависимости от температуры и степень ее разряженности.
Конкретные переменные параметры, определяющие расчет оптимальной температуры, при которой происходит включение/выключение нагревательного элемента (5), зависят от типа применяемой батареи, теплового сопротивления термоизолирующего экрана и тепловой инерции всей системы. Данные параметры определяют экспериментально и вносят в управляющую программу работы контроллера. Отметим также, что для учета тепловой инерционности устройства управляющая программа осуществляет непрерывное вычисление производной температуры от времени, что позволяет производить включение/отключение нагревательного элемента (5) заранее, до достижения расчетной оптимальной температуры.
Устройство работает следующим образом: в управляющую программу контроллера (3) вносят тип используемой батареи, известные разрядные характеристики батареи в зависимости от температуры, необходимое временя работы. Управляющая программа контроллера вычисляет оптимальную температуру внутри корпуса, при поддержании которой обеспечивается максимальная энергоотдача аккумулятора в полезную нагрузку. Контроллер (3), на основании рассчитанной оптимальной температуры, поддерживает в контейнере оптимальную температуру, осуществляя периодическое включение/отключение нагревательного элемента (5) с учетом непрерывно вычисляемой производной температуры по времени с целью минимизировать колебания температуры внутри контейнера в области оптимальной температуры. При этом тепло, выделяемое при работе контроллера, а также тепло, выделяемое на полезной нагрузке (в случае, если нагрузка помещена в контейнер) не рассеиваются бесполезно в окружающую среду, а затрачиваются на поддержание температуры в контейнере, что ведет к повышению энергоотдачи аккумуляторной батареи.
Таким образом, размещение всех элементов устройства внутри корпуса, снабженного теплоизоляционным экраном, использование аккумуляторной батареи в качестве источника питания нагревательного элемента, а контроллера, управляющего включением нагревательного элемента путем обработки сигнала от термодатчика по алгоритму, учитывающему тип и тепловую инертность элементов системы, а также зависимость емкости аккумуляторной батареи от температуры позволяет достичь поставленного технического результата.