УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована при разработке и эксплуатации больших литий-ионных аккумуляторных батарей, применяемых преимущественно в электромобилях.
В электромобиле, оснащенном тяговым электродвигателем, установлено устройство накопления электроэнергии большой емкости. Литий-ионная аккумуляторная батарея, используемая в устройстве накопления электроэнергии, выделяет тепло всякий раз, когда происходит ее зарядка или разрядка. Однако повышение температуры аккумуляторной батареи сопровождается неблагоприятными последствиями, такими как ухудшение ее технических характеристик, сокращение срока службы, снижение эффективности работы батареи и ее надежности. Для того, чтобы не допустить повышение температуры аккумуляторной батареи, применяются различные средства для охлаждения и поддержания оптимальной температуры ее аккумуляторных ячеек.
Из уровня техники известно устройство термостатирования аккумуляторных батарей, охладитель в котором выполнен на основе компрессорной установки (см. RU 2483399 C1, публ. 27.05.2013 г.).
Известно применение для охлаждения аккумуляторной батареи термоэлектрических элементов, в основе работы которых лежит использование эффекта Пельтье (см. US 2014/0072844 A1, публ. 13.03.2014 г.; CN 103972603 A, публ. 06.08.2014 г.).
В качестве ближайшего аналога (прототипа) принято устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи, состоящей из аккумуляторных ячеек, размещенных в теплоизолированном герметичном корпусе. Устройство содержит теплообменник, встроенный в стенку упомянутого корпуса и состоящий из термоэлектрического модуля Пельтье и расположенных по разные его стороны внешнего и внутреннего радиаторов (см. заявку №2011287285 на изобретение, опубликованную 24.11.2011 г. в США). Недостатком устройства, представленного в данной заявке, является то, что для подачи к термоэлектрическому модулю Пельтье питающего напряжения используются контактные включатели, отличающиеся низким ресурсом работы, что снижает надежность устройства в целом. Кроме того, в известном устройстве отсутствуют средства получения сведений о тепловом состоянии аккумуляторных ячеек, что не позволяет осуществлять точное поддержание оптимальной температуры аккумуляторной батареи. Также, отсутствие средств, обеспечивающих принудительную циркуляцию воздушного потока внутри герметичного корпуса устройства резко снижает интенсивность охлаждения аккумуляторных ячеек. Следствием всего этого является невысокая надежность и эффективность работы устройства, а также низкая точность поддержания температурных параметров аккумуляторной батареи.
При создании устройства автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи решалась задача обеспечения эффективного теплообмена между ячейками аккумуляторной батареи и внутренним радиатором теплообменника и осуществления возможности плавного (линейного) регулирования напряжения, подаваемого к термоэлектрическому модулю, для поддержания требуемой температуры аккумуляторной батареи с высокой степенью точности.
Технический результат, обеспечиваемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы аккумуляторной батареи, ее надежности, а также в достижении высокой точности поддержания оптимальной температуры аккумуляторных ячеек батареи.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи, состоящей из аккумуляторных ячеек, размещенных в теплоизолированном герметичном корпусе, содержит теплообменник, встроенный в стенку упомянутого корпуса и состоящий из термоэлектрического модуля Пельтье и расположенных по разные его стороны внешнего и внутреннего радиаторов. Около внутреннего радиатора установлен вентилятор с электрическим приводом. Вход термоэлектрического модуля Пельтье подключен через фильтр, широтно-импульсный преобразователь, усилитель и элемент сравнения к выходу сумматора, ко входу которого подключены датчики температуры аккумуляторных ячеек.
При таком выполнении устройства автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи обеспечивается эффективный теплообмен между ее ячейками и внутренним радиатором теплообменника и осуществляется возможность плавного (линейного) регулирования напряжения, подаваемого к термоэлектрическому модулю, для поддержания требуемой температуры аккумуляторной батареи с высокой степенью точности. В результате повышается эффективность работы аккумуляторной батареи, ее надежность, а также достигается высокая точность поддержания оптимальной температуры аккумуляторных ячеек батареи.
Устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи, состоящей из аккумуляторных ячеек 1, размещенных в теплоизолированном герметичном корпусе 2, содержит теплообменник 3, встроенный в стенку корпуса 2. Теплообменник 3 состоит из термоэлектрического модуля 4 Пельтье и расположенных по разные его стороны внешнего и внутреннего радиаторов 5, 6 соответственно. Около внутреннего радиатора 6 установлен вентилятор 7 с электрическим приводом. Вход термоэлектрического модуля 4 Пельтье подключен через фильтр 8, широтно-импульсный преобразователь 9, усилитель 10 и элемент 11 сравнения к выходу сумматора 12, ко входу которого подключены датчики 13 температуры аккумуляторных ячеек 1.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
На входы сумматора 12 поступают сигналы с датчиков 13 температуры. Элемент 11 сравнения сравнивает сигнал с выхода сумматора 12 с опорным сигналом U, определяющим исходную точку стабилизации температуры аккумуляторной батареи. Затем полученный на выходе элемента 11 сравнения сигнал рассогласования усиливается по напряжению усилителем 10 и подается на вход широтно-импульсного преобразователя (ШИП) 9, где преобразуется в широтно-импульсный сигнал, разность положительного и отрицательного импульсов в котором пропорциональна сигналу рассогласования, далее полученные импульсы усиливаются по мощности в преобразователе, выполненным по мостовой схеме, и сглаживаются до необходимого качества фильтром 8. При этом получаемое выходное напряжение фильтра 8 пропорционально величине сигнала рассогласования на выходе элемента 11 сравнения и имеет такую же полярность. Это напряжение поступает на вход термоэлектрического модуля 4, обеспечивая требуемый по условиям термостатирования токовый режим его работы. В случае уровня температуры аккумуляторов выше требуемой, сигнал рассогласования будет отрицательный и устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи обеспечивает охлаждение внутренней стороны термоэлектрического модуля. При пониженной относительно требуемой температуре аккумуляторов знак сигнала рассогласования становится положительным и соответственно обеспечивается нагрев внутренней стороны термоэлектрического модуля.