УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
DEVICE FOR THERMOSTATTING ELECTRIC VEHICLE UNITS

Изобретение относится к транспортным средствам с электрическим приводом, а именно к электромобилям. Оно может быть использовано для поддержания оптимальной температуры (термостатирования) агрегатов электромобиля.
При эксплуатации электромобиля важно поддерживать оптимальную температуру таких его агрегатов как аккумуляторная батарея, тяговый электродвигатель, инвертор и прибор для зарядки аккумуляторной батареи. Так, значения оптимальных рабочих температур аккумуляторной батареи должны быть в пределах от 20°C до 30°C, а тягового электродвигателя, инвертора и прибора для зарядки аккумуляторной батареи - от 50°C до 60°C. Другой проблемой является снижение величины пробега электромобиля при его эксплуатации в условиях отрицательных температур наружного воздуха. Это связано с тем, что существенные затраты электроэнергии приходятся на работу электрического жидкостного подогревателя, теплоноситель которого обеспечивает быстрый выход на рабочий режим агрегатов электромобиля, в том числе поддержание оптимальной температуры пассажирского салона электромобиля.
В заявке №2009126256, опубликованной в Японии, показано устройство охлаждения агрегатов электромобиля, содержащее радиатор для охлаждения жидкого теплоносителя, насос для подачи жидкого теплоносителя от радиатора в рубашки жидкостного охлаждения тягового электродвигателя, инвертора и аккумуляторной батареи (см. фиг. 12). Однако в этом устройстве не предусмотрены средства для регулирования и поддержания оптимальной температуры аккумуляторной батареи, поскольку в рубашку охлаждения аккумуляторной батареи теплоноситель поступает уже подогретый электродвигателем и инвертором в процессе их охлаждения. Таким образом, высока вероятность перегрева аккумуляторной батареи и выхода ее из строя.
Более близким к заявляемому изобретению является устройство термостатирования агрегатов электромобиля, представленное в заявке №102011109703, опубликованной в Германии. Это устройство содержит радиатор для охлаждения жидкого теплоносителя, насос для подачи жидкого теплоносителя от радиатора в рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, инвертора и тягового электродвигателя, отопитель салона электромобиля, сообщенный с выходом подогревателя теплоносителя, распределительные клапаны (см. фиг. 2). Последовательное включение в цепь гидравлического контура рубашек охлаждения аккумуляторной батареи, инвертора и тягового электродвигателя снижает эффективность охлаждения этих агрегатов электромобиля, поскольку количество выделяемого тепла при работе аккумуляторной батареи, инвертора и тягового электродвигателя не одинаково, следовательно, и интенсивность охлаждения этих агрегатов должна различаться. В случае перегрева какого-либо агрегата возможен выход его из строя, что понижает надежность электромобиля в целом. А применение электрического подогревателя теплоносителя при низких температурах наружного воздуха приводит к существенному снижению величины пробега электромобиля.
Технической проблемой при создании устройства термостатирования агрегатов электромобиля является достижение оптимального температурного режима каждого агрегата независимо от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется электромобиль, и повышение величины пробега электромобиля в условиях низких температур наружного воздуха.
Решение указанной проблемы достигается тем, что устройство термостатирования агрегатов электромобиля содержит радиатор для охлаждения жидкого теплоносителя, насос с электроприводом, с выходом которого сообщены рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, тягового электродвигателя, инвертора и прибора для зарядки аккумуляторной батареи, гидролинии, сообщающие упомянутые рубашки охлаждения с входом радиатора и с входом насоса. В гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки охлаждения с входом радиатора, установлены электромеханические краны, управляемые датчиками температуры теплоносителя в указанных гидролиниях. На входе радиатора установлен электромеханический кран, управляемый датчиком температуры на входе в радиатор. В гидролинии, сообщающей выход из рубашек охлаждения аккумуляторной батареи, тягового электродвигателя, инвертора и прибора для зарядки аккумуляторной батареи с входом насоса, установлен электромеханический кран. Рубашка охлаждения аккумуляторной батареи сообщена с выходом из насоса через электромеханический кран, управляемый датчиком температуры на выходе из рубашки охлаждения аккумуляторной батареи. Вход в рубашку охлаждения аккумуляторной батареи сообщен через дополнительный электромеханический кран с выходом охладителя теплоносителя, последовательно с которым установлен электромеханический кран, управляемый датчиком температуры на выходе охладителя, и с выходом жидкостного подогревателя теплоносителя, последовательно с которым установлен электромеханический кран, управляемый датчиком температуры на выходе подогревателя.
При таком выполнении устройства термостатирования агрегатов электромобиля достигается оптимальный температурный режим каждого агрегата независимо от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется электромобиль, и повышается величина пробега электромобиля в условиях низких температур наружного воздуха. Это позволяет повысить надежность работы агрегатов электромобиля и улучшить условия его эксплуатации, что является важным техническим результатом.
Устройство термостатирования агрегатов электромобиля содержит отопитель салона электромобиля, сообщенный с выходом жидкостного подогревателя теплоносителя через механический кран, расположенный на входе отопителя, и через упомянутый электромеханический кран, установленный последовательно с подогревателем теплоносителя.
Устройство термостатирования агрегатов электромобиля, показанное на чертеже, содержит радиатор 1 для охлаждения жидкого теплоносителя, насос 2 с электроприводом, с выходом которого сообщены рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи 3, тягового электродвигателя 4, инвертора 5 и прибора 6 для зарядки аккумуляторной батареи 3, гидролинии 7-11, сообщающие упомянутые рубашки охлаждения с входом радиатора 1 и с входом насоса 2. В гидролинии 7, сообщающей рубашку охлаждения аккумуляторной батареи 3 с входом радиатора 1, установлен электромеханический кран 12, управляемый датчиком 13 температуры теплоносителя в гидролинии 7. В гидролинии 8, сообщающей рубашку охлаждения тягового электродвигателя 4 с входом радиатора 1, установлен электромеханический кран 14, управляемый датчиком 15 температуры теплоносителя в гидролинии 8. В гидролинии 9, сообщающей рубашку охлаждения инвертора 5 с входом радиатора 1, установлен электромеханический кран 16, управляемый датчиком 17 температуры теплоносителя в гидролинии 9. В гидролинии 10, сообщающей рубашку охлаждения прибора 6 для зарядки аккумуляторной батареи 3 с входом радиатора 1, установлен электромеханический кран 18, управляемый датчиком 19 температуры теплоносителя в гидролинии 10.
На входе радиатора 1 установлен электромеханический кран 20, управляемый датчиком 21 температуры на входе в радиатор 1. На выходе из радиатора 1 установлен датчик 22 температуры теплоносителя, управляющий частотой вращения электровентилятора 23, установленного перед радиатором 1.
В гидролинии 11, сообщающей выход из рубашек охлаждения аккумуляторной батареи 3, тягового электродвигателя 4, инвертора 5 и прибора 6 для зарядки аккумуляторной батареи 3 с входом насоса 2, установлен электромеханический кран 24.
Рубашка охлаждения аккумуляторной батареи 3 сообщена с выходом из насоса 2 через электромеханический кран 25, управляемый датчиком 13 температуры на выходе из рубашки охлаждения аккумуляторной батареи 3. Вход в рубашку охлаждения аккумуляторной батареи 3 сообщен через дополнительный электромеханический кран 26 с выходом охладителя 27 теплоносителя, последовательно с которым установлен электромеханический кран 28, управляемый датчиком 29 температуры на выходе охладителя 27, и с выходом жидкостного подогревателя 30 теплоносителя, последовательно с которым установлен электромеханический кран 31, управляемый датчиком 32 температуры на выходе подогревателя 30. Жидкостный подогреватель 30 выполнен работающим на дизельном или бензиновом топливе.
Устройство термостатирования агрегатов электромобиля содержит отопитель 33 салона электромобиля, сообщенный с выходом жидкостного подогревателя 30 через механический кран 34, расположенный на входе отопителя 33, и через электромеханический кран 31, установленный последовательно с подогревателем 30. На выходе из отопителя 33 установлен датчик 35 температуры теплоносителя, управляющий частотой вращения электровентилятора 36, установленного перед отопите л ем 33.
Устройство термостатирования агрегатов электромобиля содержит компенсационно-расширительный бачок 37, вход которого сообщен паровоздушными гидролиниями с выходами рубашек охлаждения аккумуляторной батареи 3, тягового электродвигателя 4, инвертора 5 и прибора 6 для зарядки аккумуляторной батареи 3, а выход из бачка 37 сообщен с входом в насос 2.
Термостатирование агрегатов электромобиля осуществляется следующим образом.
При включении зажигания в электромобиле перед началом его движения приводится в действие насос 2, который подает жидкий теплоноситель к рубашкам охлаждения аккумуляторной батареи 3, тягового электродвигателя 4, инвертора 5 и прибора 6 для зарядки аккумуляторной батареи 3. Циркуляция теплоносителя при этом происходит по гидролиниям компенсационно-расширительного бачка 37 и через обводную гидролинию 11, минуя радиатор 1. Электромеханический кран 20 при этом закрывают, а кран 24 открывают. При такой циркуляции теплоносителя обеспечивается устранение паровоздушной смеси из рубашек охлаждения агрегатов электромобиля и быстрый выход на рабочий температурный режим агрегатов электромобиля.
При достижении заданного температурного режима в каждом агрегате электромобиля термостатирование осуществляют за счет изменения расхода теплоносителя в гидролиниях 7-10 с использованием циклической работы кранов 12, 14, 16, 18 по сигналам датчиков 13, 15, 17, 19 температуры в указанных гидролиниях. В случае превышения заданной температуры теплоносителя в гидролинии, сообщающей выходы из рубашек охлаждения агрегатов электромобиля с входом радиатора 1, по сигналу датчика 21 температуры теплоносителя закрывают электромеханический кран 24 и открывают электромеханический кран 20. Циркуляция жидкого теплоносителя при этом осуществляется по гидролиниям, сообщающим рубашки охлаждения агрегатов электромобиля с радиатором 1, и по паровоздушным гидролиниям компенсационно-расширительного бачка 37. Регулирование температурного состояния теплоносителя на выходе из радиатора 1 обеспечивается датчиком 22 температуры, управляющим частотой вращения электровентилятора 23.
При эксплуатации электромобиля особое внимание необходимо уделять поддержанию оптимальной температуры аккумуляторной батареи, термостатирование которой осуществляется следующим образом.
При температуре аккумуляторной батареи выше 30°C осуществляют ее охлаждение. Для этого включают охладитель 27 и открывают электромеханические краны 28, 26 и 12, при этом электромеханические краны 25, 31 и механический кран 34 закрывают. В этом случае жидкий теплоноситель от насоса 2 поступает в охладитель 27, далее через краны 28 и 26 поступает к аккумуляторной батарее 3, осуществляя ее охлаждение. Из рубашки охлаждения аккумуляторной батареи 3 через электромеханические краны 12 и 20 жидкий теплоноситель поступает в радиатор 1, откуда охлажденный теплоноситель поступает в насос 2. Поддержание температуры теплоносителя на выходе из охладителя 27 осуществляется по сигналам датчика 29 температуры путем периодического включения/выключения охладителя 27. Отключение охладителя 27 производится по сигналу датчика 13 температуры при достижении температуры аккумуляторной батареи 27°C.
При температуре аккумуляторной батареи от 20°C до 30°C открывают электромеханический кран 25, при этом кран 12 работает в режиме «открыто-закрыто» по сигналам датчика 13 температуры, тем самым увеличивая или уменьшая количество теплоносителя, проходящего через рубашку охлаждения аккумуляторной батареи 3. Электромеханические краны 31, 28, 26 и механический кран 34 при этом закрывают.
При температуре аккумуляторной батареи ниже 20°C производят ее подогрев. Для этого включают жидкостный подогреватель 30 и открывают электромеханические краны 31 и 26, при этом электромеханические краны 25, 28, 12 и механический кран 34 закрывают. В этом случае жидкий теплоноситель от насоса 2 поступает в подогреватель 30, далее через краны 31 и 26 поступает к аккумуляторной батарее 3, осуществляя ее нагрев, и по паровоздушным гидролиниям компенсационно-расширительного бачка 37, минуя радиатор 1, поступает снова в насос 2. Поддержание температуры теплоносителя на выходе из подогревателя 30 осуществляется по сигналам датчика 32 температуры путем периодического включения/выключения подогревателя 30. Отключение подогревателя 30 производится по сигналу датчика 13 температуры при достижении температуры аккумуляторной батареи 25°C.
При необходимости отопления или охлаждения салона электромобиля включают жидкостный подогреватель 30 либо охладитель 27 и открывают электромеханический кран 31 или 28, а дополнительный электромеханический кран 26 закрывают. После чего открывают вручную механический кран 34, через который подогретый либо охлажденный теплоноситель поступает в отопитель 33. При этом температуру теплоносителя, подаваемого в отопитель 33, регулируют с помощью датчика 32 температуры, установленного на выходе подогревателя 30, либо с помощью датчика 29 температуры, установленного на выходе охладителя 27, за счет периодического включения и выключения подогревателя 30 или охладителя 27. Регулирование температурного состояния теплоносителя на выходе из отопителя 33 производится на основании сигналов датчика 35 температуры путем изменения частоты вращения электровентилятора 36.
Для обеспечения одновременного отопления салона электромобиля и подогрева аккумуляторной батареи 3 включают жидкостный подогреватель 30 и открывают электромеханические краны 31, 26 и механический кран 34, при этом электромеханические краны 25, 28 и 12 закрывают. Для обеспечения одновременного охлаждения салона электромобиля и аккумуляторной батареи 3 включают охладитель 27 и открывают электромеханические краны 28, 26, 12 и механический кран 34, при этом электромеханические краны 25 и 31 закрывают.
Вследствие использования при термостатировании агрегатов электромобиля рубашек жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, тягового электродвигателя, инвертора и прибора для зарядки аккумуляторной батареи, сообщаемых определенным образом через электромеханические краны, управляемые датчиками температуры, с подогревателем и охладителем жидкого теплоносителя, достигается оптимальный температурный режим каждого агрегата независимо от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется электромобиль, чем обеспечивается надежность работы агрегатов электромобиля. А применение жидкостного подогревателя теплоносителя, работающего на дизельном или бензиновом топливе, позволяет существенно снизить затраты электроэнергии на отопление внутреннего пространства электромобиля и подогрев аккумуляторной батареи в холодное время года, что позволяет повысить величину пробега электромобиля, тем самым улучшив условия его эксплуатации.