АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
ACCUMULATOR BATTERY

Изобретение относится к устройствам для накапливания электрической энергии и последующего использования ее и преобразования в автономном режиме для функционирования различных аппаратов и может быть использовано, например, в двигателях транспортных средств, эксплуатирующихся в северных районах с низкой зимней температурой.
Известна аккумуляторная батарея, содержащая металлический контейнер, в который помещены аккумуляторы в пластмассовых сосудах, соединенные между собой шинами, при этом контейнер выполнен герметичным, имеет узел крепления батареи к различным типам летательных аппаратов, устройство для соединения с дренажной системой летательного аппарата, а аккумуляторы - специальный V-образный экран для предотвращения обрызгивания батареи электролитом при заряде, причем батарея оснащена термодатчиком, сигнализирующим о критическом повышении температуры аккумуляторной батареи (патент РФ №2313159, МПК H01M 10/28, 20.12.2007).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является автомобильный аккумулятор, содержащий корпус, анодную и катодную клеммы из свинцово-кальциевого сплава, ручку для транспортировки, крышку, электролит, положительные и отрицательные электродные пластины, диэлектрический сепаратор, вентиляционное отверстие с предохранительным клапаном, пламегаситель, газовый сепаратор, индикатор заряженности (см. описание http://www.powerinfo.ru/accumulator-car.php).
Недостатки известного автомобильного аккумулятора:
1. Индикатор заряженности начинает давать информацию о работоспособности аккумулятора в пусковом режиме при минимальной степени заряженности 62-64% от номинального значения в виде цветовой характеристики, то есть в неоцифрованном представлении. Последующее увеличение плотности электролита (до 100% заряда) не меняет показания индикатора.
2. В случаях понижения уровня электролита до оголения электродных пластин, информация индикатора о состоянии заряженности батареи прекращается.
3. При работающем индикаторе его информация относится только к одной из шести пар ячеек электродных пластин аккумулятора. В тех случаях, когда появляется дефект в другой ячейке, где нет индикатора, информация индикатора становится бесполезной, не отражающей общую работоспособность аккумулятора.
4. При понижении окружающей температуры воздуха ниже -20°C остается около 50% от емкости аккумулятора, имеющейся при температуре +20°C. В холодный период года это связанно не только с тем, что для пуска холодного двигателя при температурах ниже -25°C необходимо больше энергии, но и с тем, что при понижении температуры скорость химических реакций уменьшается. В совокупности при низких зимних температурах известный автомобильный аккумулятор не только не способен выдать номинальную силу тока, но и не может начать заряжаться сразу, в результате чего получается медленный разряд.
Указанные недостатки устранены в заявляемом изобретении, которое направлено на решение задачи обеспечения достоверной информации о работоспособности аккумуляторной батареи в пусковом режиме при всех уровнях степени заряженности аккумуляторной батареи и обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи в зимний период при температурах окружающего воздуха ниже -25°C.
Технический результат достигается тем, что в аккумуляторную батарею, содержащую корпус, анодную и катодную клеммы, ручку для транспортировки, крышку, электролит, положительные и отрицательные электродные пластины, диэлектрический сепаратор, вентиляционное отверстие с предохранительным клапаном, пламегаситель, газовый сепаратор, согласно заявляемому изобретению, введены наружная тепловая изоляция корпуса и электронагреватель электролита и, соединенные между собой электрическими связями, программируемый блок электронного управления, интегрирующий сумматор ампер-часов, жидкокристаллический дисплей, датчик температуры электролита, которые объединены конструктивно между собой в виде съемного картриджа, снимаемого с крышки при выходе из строя положительной и отрицательной электродных пластин, при этом программируемый блок электронного управления соединен с анодной и катодной клеммами и с электронагревателем электролита, а интегрирующий сумматор ампер-часов снабжен накопительным и расходным счетчиками ампер-часов.
Таким образом, технический результат достигается путем применения интегрирующего сумматора ампер-часов, блока электронного управления, жидкокристаллического дисплея, электронагревателя электролита, датчика температуры электролита, наружной тепловой изоляции на корпусе аккумуляторной батареи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемой аккумуляторной батареи.
На чертеже цифрами обозначены следующие элементы и узлы:
1 - корпус с наружной тепловой изоляцией, 2 - анодная клемма, 3 - катодная клемма, 4 - ручка для транспортировки, 5 - крышка, 6 - электролит, 7 - положительная пластина, 8 - отрицательная пластина, 9 - диэлектрический сепаратор, 10 - вентиляционное отверстие с предохранительным клапаном, 11 - пламегаситель, 12 - газовый сепаратор, 13 - электронагреватель электролита, 14 - датчик температуры электролита, 15 - интегрирующий сумматор ампер-часов, 16 - программируемый блок электронного управления, 17 - жидкокристаллический дисплей.
Аккумуляторная батарея содержит корпус 1, анодную 2 и катодную 3 клеммы, ручку 4 для транспортировки, крышку 5, электролит 6, положительные 7 и отрицательные 8 электродные пластины, диэлектрический сепаратор 8, вентиляционное отверстие 10 с предохранительным клапаном, пламегаситель 11, газовый сепаратор 12.
Отличием предлагаемой аккумуляторной батареи является то, что в нее введены наружная тепловая изоляция корпуса 1 и электронагреватель 13 электролита 6, соединенные между собой электрическими связями, программируемый блок 16 электронного управления, интегрирующий сумматор 15 ампер-часов, жидкокристаллический дисплей 17, датчик 14 температуры электролита 6, которые объединены конструктивно между собой в виде съемного картриджа, снимаемого с крышки 5 при выходе из строя положительной 7 и отрицательной 8 электродных пластин.
Программируемый блок 16 электронного управления соединен с анодной 2 и катодной 3 клеммами и с электронагревателем 13 электролита 6, а интегрирующий сумматор 15 ампер-часов снабжен накопительным и расходным счетчиками ампер-часов.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Корпус 1 с наружной тепловой изоляцией (на чертеже позицией тепловая изоляция не обозначена) и с внутристеночным электронагревателем 13 электролита предназначен для размещения в нем электролита 6, наборов в виде ячеек из положительной 7 и отрицательной 8 пластин и диэлектрических сепараторов 9.
Анодная 2 и катодная 3 клеммы размещены на крышке 5 и предназначены для подсоединения электрической нагрузки к аккумуляторной батарее. К анодной 2 и катодной 3 клеммам крепятся ячейки с наборами положительной 7 и отрицательной 8 пластин и диэлектрических сепараторов 9.
Ручка 4 предназначена для транспортировки аккумуляторной батареи и в сложенном состоянии закрывает клеммы 2 и 3. Ручка 4 подвижно закреплена к корпусу аккумулятора 1.
Крышка 5 герметично крепится сверху корпуса 1, внутри которого находится электролит 6. Крышка 5 предназначена для размещения на ней вентиляционного отверстия 10 с предохранительным клапаном, пламегасителя 11, газового сепаратора 12 и съемного картриджа (на чертеже позицией не обозначен), состоящего из датчика 14 температуры электролита, интегрирующего сумматора 15 ампер-часов, программируемого блока 16 электронного управления, жидкокристаллического дисплея 17.
При выходе из строя положительной 7 и отрицательной 8 пластин картридж снимается с крышки 5 и может быть установлен на другую аккумуляторную батарею с исправными пластинами. Картридж при установке на аккумуляторную батарею подсоединяется к анодной 2 и катодной 3 клеммам, а также к выводам электронагревателя 13 электролита через встроенные разъемы (на чертеже разъемы позициями не обозначены).
Таким образом, при отправке неисправного корпуса 1 в сборе на утилизацию стоимость нового аккумулятора снижается на величину, равную стоимости картриджа.
Диэлектрический сепаратор служит для обеспечения рабочего зазора между положительной 7 и отрицательной 8 пластинами и предотвращения между ними прямого контакта.
Вентиляционное отверстие 10 с предохранительным клапаном (на чертеже предохранительный клапан позицией не обозначен) предназначено для выравнивания давления воздуха снаружи и внутри аккумуляторной батареи при изменении температуры и при зарядке из-за изменения плотности электролита 6. Пламегаситель 11 препятствует проникновению пламени вовнутрь аккумуляторной батареи. Газовый сепаратор 12 служит для полной конденсации паров электролита 6 и тем самым исключает потери электролита.
Датчик 14 температуры электролита 6 служит для выработки электрического сигнала, который необходим для включения электронагревателя 13 при низкой температуре электролита 6. Электрический сигнал передается на программируемый блок 16 электронного управления с программным обеспечением. От прямого контакта с электролитом 6 датчик 14 температуры защищен гильзой (на чертеже гильза позицией не обозначена).
Интегрирующий сумматор 15 ампер-часов предназначен для выдачи на жидкокристаллический дисплей 17 информации со звуковым сопровождением о текущем количественном уровне заряда аккумуляторной батареи. Звуковое сопровождение подключается при низком уровне заряда аккумуляторной батареи. Интегрирующий сумматор 15 ампер-часов работает совмещенно с двумя встроенными счетчиками ампер-часов: накопительного и расходного (на чертеже накопительный и расходный счетчики ампер-часов позициями не обозначены). В качестве источника питания используется электрическая связь с клеммами 2 и 3.
Программируемый блок 16 электронного управления связан электрическими связями с электронагревателем 13, датчиком 14 температуры электролита, интегрирующим сумматором 15 ампер-часов и жидкокристаллическим дисплеем 17. В качестве источника питания используется электрическая связь с клеммами 2 и 3.
Программируемый блок 16 электронного управления служит для автоматического включения электронагревателя 13 для подогрева холодного электролита при подключении нагрузки к аккумуляторной батарее и отключении электронагревателя 13 при заряде аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня. Температура включения электронагревателя 13 устанавливается специальным задатчиком (на чертеже позицией не обозначен).
Жидкокристаллический дисплей 17 служит для количественной цифровой информации об уровне заряда аккумуляторной батареи, температуре электролита при низкой температуре окружающего воздуха и температуре, при которой должен быть включен электронагреватель 13.
Предлагаемая аккумуляторная батарея работает следующим образом.
При понижении температуры электролита 6 ниже установленной на программируемом блоке 16 электронного управления блок 16 по компьютеризированной программе выдает электрический сигнал на подключение электронагревателя 13 к клеммам 2 и 3.
После подогрева электролита 6 электронагреватель 13 автоматически отключается по сигналу с датчика 14 температуры электролита. Подогретый электролит 6 обеспечивает более высокую мощность аккумуляторной батареи и способствует быстрому запуску двигателя автомобиля. При работе двигателя автомобиля подогретый электролит 6 в зимнее время позволяет быстро заряжать аккумуляторную батарею.
Интегрирующий сумматор 15 ампер-часов имеет начальную информацию об уровне заряда аккумуляторной батареи от накопительного счетчика ампер-часов. При расходе электрического заряда происходит его регистрация с помощью встроенного расходного счетчика ампер-часов.
Через определенные интервалы времени происходит суммирование количества ампер-часов по накоплению и расходу и выдача информации на жидкокристаллический дисплей 17.
При снятии картриджа, состоящего из датчика 14 температуры электролита, интегрирующего сумматора 15 ампер-часов, программируемого блока 16 электронного управления, жидкокристаллического дисплея 17, информация на интегрирующем сумматоре 15 обнуляется.
При установке картриджа на другую аккумуляторную батарею происходит перепрограммирование блока 16 управления с выдачей текущей информации о заряде данной аккумуляторной батареи.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит решить задачу по обеспечению достоверной информации о работоспособности аккумуляторной батареи в пусковом режиме при всех уровнях степени заряженности аккумуляторной батареи и обеспечения ее работоспособности в зимний период при температурах окружающего воздуха ниже -25°C.
Кроме этого, за счет наличия съемного картриджа может быть снижена стоимость аккумуляторной батареи при ее замене.