МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЯГОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к электрическим колесным пассажирским транспортным средствам с литий-ионными аккумуляторами.
Известна система энергопитания транспортного средства - электромобиля, в которой система терморегулирования аккумуляторной батареи выполнена в виде замкнутого жидкостного контура с теплообменниками батареи, тягового электродвигателя, блока управления, циркуляционным насосом, регулятором расхода и радиатором. Теплообменник батареи выполнен в виде отдельных секций, размещенных между аккумуляторами батареи или группой аккумуляторов. Теплообменники тягового электродвигателя и блока управления располагаются на общем либо индивидуальных трубопроводах, шунтирующих радиатор. В качестве регулятора расхода может быть использован циркуляционный насос. Контур циркуляции может быть снабжен пусковым нагревателем, расположенным на трубопроводе, шунтирующем теплообменник батареи, и датчиками температуры для управления регулятором расхода (патент RU №2144869, МПК B60L 11/18 (2000.01), В60К 11/02 (2000.01), Н01M l0/50 (2000.01), опубл. 27.01.2000).
Эта конструкция имеет недостатки, связанные с объединением всех теплообменников в один жидкостный контур, что не позволяет поддерживать в оптимальном температурном диапазоне состояние компонентов тягового электрического привода транспортного средства, так как температурные режимы агрегатов весьма различны и неизбежно взаимное влияние одного на другие, что может привести к перегреву. Объединение всех компонентов в один контур приводит также к высоким габаритным размерам радиатора, циркуляционного насоса и сложности их размещения на транспортных средствах. Увеличение массово-габаритных показателей и сложности самой системы особенно проявляется при построении аккумуляторной батареи в виде отдельных аккумуляторных контейнеров. Данная система также имеет существенный недостаток, связанный с невозможностью поддержания температуры охлаждающей жидкости в контуре ниже температуры окружающей среды, что при температурах окружающей среды выше +25°С приведет к выходу из оптимального температурного диапазона аккумуляторных батарей, особенно при эксплуатации в условиях городского движения, и снижению их ресурса.
Известна также система охлаждения тяговой батареи, которая является наиболее близкой по назначению, совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату, имеющая контур охлаждения, который состоит из теплообменника, находящегося внутри батареи, воздушного теплообменника, циркуляционного насоса, холодильного агрегата, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий клапан и испаритель, последовательного подключенного к участку охлаждающего змеевика батареи и теплообменнику воздушного охлаждения (патент DE №4408960 С1, МПК 6 Н01М 10/50, опубл. 27.04.1995).
Недостатком данной системы является то, что она имеет недостаточную эффективность при работе в диапазоне низких температур.
Была поставлена задача повысить эффективность работы системы охлаждения тяговых батарей.
Для решения поставленной задачи модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей, содержащая связанные между собой напорным трубопроводом теплообменники, один из которых установлен внутри контейнеров тяговой аккумуляторной батареи, радиатор, обдуваемый с помощью электровентилятора, циркуляционный насос с электроприводом, распределительный механизм и регулирующее устройство, содержит дополнительный теплообменник ускоренного подогрева, при этом один из теплообменников размещен в зоне канала воздуховодов климатической системы поддержания микроклимата в салоне транспортного средства.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что модульная система содержит дополнительный теплообменник ускоренного подогрева, при этом один из теплообменников размещен в зоне канала воздуховодов климатической системы поддержания микроклимата в салоне транспортного средства, положительным образом сказывается на эффективности терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей, а в конечном итоге - на долговечности их работы.
Заявленная система может работать в режимах охлаждения и обогрева с учетом особенностей литий-ионных аккумуляторных батарей, кроме того, использование предварительно охлажденного или подогретого климатической установкой воздуха, предназначенного для поддержания микроклимата внутри салона транспортного средства, или потока наружного воздуха, применение дополнительного теплообменника ускоренного подогрева позволяет улучшить эффективность терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей и использовать более широкий температурный диапазон эксплуатации от -40 до +40°С.
Заявителю не известны системы терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется общей схемой.
Модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей содержит теплообменники 1, установленные внутри контейнеров аккумуляторной батареи, охлаждающе-подогревающий теплообменник 2, теплообменник 3 ускоренного подогрева, радиатор 4, обдуваемый с помощью электровентилятора 5. Циркуляцию охлаждающей жидкости в системе осуществляет циркуляционный насос 6 переменной производительности с электроприводом, который соединен с напорным трубопроводом 7. Изменение направления потока охлаждающей жидкости осуществляет распределитель 8 с электроуправлением. Теплообменник 2 конструктивно расположен внутри воздуховода 9 климатической системы 10 поддержания микроклимата внутри салона. В системе имеется расширительный бачок 11, являющийся заправочной емкостью, соединенный со сливным трубопроводом 12. Управление режимами работы компонентов системы осуществляется по сигналам от системы контроля состояния аккумуляторных батарей регулирующим устройством (не показано).
Модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей работает следующим образом.
По сигналу от системы контроля состояния аккумуляторных батарей при достижении температуры аккумуляторов уровня +30°С или выше регулирующее устройство включает питание привода циркуляционного насоса 6 и переводит распределитель 8 в положение, соответствующее направлению охлаждающей жидкости по напорному трубопроводу 7 от теплообменника 1 контейнера аккумуляторной батареи, в котором происходит нагрев, к теплообменнику 2, расположенному в воздуховоде 9 климатической системы 10. Данный режим работы аккумуляторных батарей возникает при высоких значениях температур окружающего воздуха, не ниже +20°С. Охлаждающая жидкость, циркулируя через теплообменники 1 контейнеров аккумуляторной батареи, нагревается. Для поддержания комфортного микроклимата в салоне активируется климатическая система 10, и через теплообменник 2 протекает охлажденный воздух (температурой до 5-8°С и скоростью до 12 м/с), осуществляя теплоотвод, который наиболее эффективен из-за достаточного градиента температур теплоносителя и охладителя. При достижении температуры аккумуляторов внутри контейнеров уровня +25°С или ниже регулирующее устройство системы контроля состояния батарей отключает питание циркуляционного насоса 6. При температурах воздуха до -10…-15°С климатическая система переводится в режим обогрева салона и через теплообменник 2 в данном случае циркулирует теплый воздух, осуществляя при необходимости подогрев контейнеров в случае снижения температуры аккумуляторов внутри контейнера ниже +20°С. Отключение питания циркуляционного насоса 6 в данном случае осуществляется при достижении температуры +25°С по сигналу от системы контроля состояния батареи. Распределитель 8 переводится в положение, соединяющее напорный трубопровод насоса 6 с теплообменником 3 ускоренного подогрева. Данный режим включается при температурах окружающего воздуха ниже -10…-15°С и температуре аккумуляторов ниже 0°С по сигналу от системы контроля состояния батареи, например при начале движения транспортного средства.
В иных случаях, например: отказ климатической системы или перегрев батарей в условиях низких отрицательных температур и высокой температуры воздуха внутри салона с помощью распределителя 8 охлаждающая жидкость направляется к радиатору 4, обдуваемому окружающим воздухом с помощью вентилятора 5 с электроприводом. Охлаждающая жидкость по сливному трубопроводу 12 поступает на вход насоса. В системе имеется расширительный бачок 11 для компенсации изменения уровня охлаждающей жидкости, служащий также заправочной емкостью.
При расположении контейнеров аккумуляторной батареи на крыше пассажирского транспортного средства контейнеры оснащают солнцезащитными козырьками с отражающим покрытием для исключения теплового воздействия солнечных лучей.
Модульная система терморегулирования состояния тяговых аккумуляторных батарей может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.