УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ТЯГОВЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к системе жидкостного охлаждения источников электроэнергии, может быть использована для охлаждения и обогрева тяговых литий-ионных накопителей энергии электротранспорта, в частности электробуса.
Известна система воздушного отопления тяговых литий-ионных накопителей энергии электробуса, содержащая дизельные воздушные отопители, подводящие рукава, прокачивающие вентиляторы, систему питания отопителей (см. патент на полезную модель RU №190733 U1, МПК В60Н 1/00(2006.01), F24H 3/02(2006.01), опубликовано 15.08.2019).
Известно устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи, состоящей из аккумуляторных ячеек, размещенных в теплоизолированном герметичном корпусе, содержащее 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 (см. патент на полезную модель RU №159469 U1, МПК Н01М 10/00(2006.01), опубликовано 10.02.2016).
Известно устройство для термостатирования рабочей жидкости гидросистемы самоходной машины, содержащее бак с рабочей жидкостью, термодатчик, размещенный в баке, теплообменное устройство, выполненное в виде тепловых фитильных труб, и нагревательное устройство, в котором размещены испарительные зоны тепловых фитильных труб, дополнительно содержит топливный бак, аккумуляторную батарею, таймер и реле времени, нагревательное устройство состоит из катализатора и размещенных в нем электрических нагревательных элементов, соединенных с аккумуляторной батареей последовательно через таймер и реле времени, под нагревательным устройством размещен поддон, сообщающийся с топливным баком трубопроводом, на котором последовательно установлены вентиль, управляемый термодатчиком, жиклер и электромагнитный клапан, причем катушка последнего связана с реле времени (см. патент на изобретение RU №221665 5C1, МПК F15B 21/04(2000.01), опубликовано 20.11.2003).
Известна система термостатирования батарейного модуля и инвертора гибридного автомобиля, имеющая вход и выход соответственно для соединения с трубопроводом подачи теплоносителя в двигатель и с трубопроводом отвода охлажденного теплоносителя от двигателя в предпусковой подогреватель, выполнена в виде низкотемпературного контура, включающего теплообменник типа «жидкость-жидкость», предназначенный для объединения низкотемпературного контура и контура системы подогрева двигателя, блок охлаждения в составе с радиатором и электровентилятором, расширительный бачок, насос электрический, два датчика температурных, один из которых установлен на входе в радиатор, а второй - на выходе из теплообменника, и электрический кран, установленный на входе в теплообменник, при этом теплообменник и радиатор блока охлаждения выполнены с возможностью для соединения с батарейным модулем и инвертором (см. патент на изобретение RU №2722217 C1, МПК В60Н 1/00(2006.01), опубликовано 28.05.2020).
Известно устройство термостатирования тяговых аккумуляторных батарей, содержащее теплообменник с размещенным в нем радиатором и испарителем хладогента, электрический насос, связанный с радиатором и расширительным бачком, подогреватель, соединенные между собой через трубопроводы конденсатор хладогента, обдуваемый встроенным вентилятором, ресивер-осушитель и компрессор-хладогента, устройство выполнено в виде модуля с каркасом, выполненным в виде вертикальных и продольных элементов и стенок, в котором размещены все его элементы, при этом устройство дополнительно снабжено подогревателем, двумя датчиками контроля температуры, установленные на трубопроводах входа и выхода радиатора, причем вертикальные и продольные элементы каркаса модуля выполнены в виде поперечин и вертикальных труб, кроме того, один из подогревателей размещен со стороны теплообменника на кронштейне, соединен через рукав с подводящей трубой и направлен в противоположную сторону другому подогревателю, а конденсатор хладогента установлен на опорах с резиновыми подушками на задних поперечинах каркаса модуля и на кронштейнах с резиновыми подушками, закрепленных на вертикальных трубах каркаса (см. патент на полезную модель RU №193603 U1, МПК В60Н 1/00(2006.01), Н01М 10/65(2014.01), F01P 3/22(2006.01), F28D 15/02(2006.01), опубликовано 06.11.2019).
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство термостатирования агрегатов электромобиля, содержащее насос с электроприводом для подачи жидкого теплоносителя от радиатора в рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, тягового электродвигателя, инвертора, прибора для зарядки аккумуляторной батареи, в гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки охлаждения с входом радиатора, установлены краны, управляемые датчиками температуры теплоносителя в указанных гидролиниях, на выходе из радиатора установлен кран, управляемый датчиком температуры на входе в радиатор, вход в рубашку охлаждения аккумуляторной батареи сообщен с насосом через кран, управляемый датчиком температуры на выходе из рубашки охлаждения аккумуляторной батареи, при этом вход в рубашку охлаждения аккумуляторной батареи сообщен с выходом охладителя теплоносителя через кран, управляемый датчиком температуры на выходе охладителя, и через обратный клапан и сообщен с выходом электронагревателя теплоносителя через упомянутый обратный клапан, кроме того, содержит компенсационно-расширительный бачок, вход которого сообщен с выходами рубашек охлаждения аккумуляторной батареи, тягового электродвигателя, инвертора, прибора для зарядки аккумуляторной батареи, а выход из бачка сообщен с входом в насос (см. патент на изобретение RU №2673788 С1, МПК B60K 11/02(2006.01), F01P 3/20(2006.01), опубликовано 29.11.2018).
У известных решений в большинстве случаев отсутствуют элементы компрессорно-холодильной установки, что отрицательно сказывается на работе всей системы устройства, так как оптимальная температура эксплуатация тяговых батарей находится в пределах от +15°С до +25°С, то эксплуатация тяговых батарей вне указанного диапазона температур существенно влияет на ресурс тяговых батарей, а при температуре окружающей среды выше +25°С, радиатор охлаждения, предусмотренный в представленном прототипе, является неэффективным средством охлаждения теплоносителя, что ведет к невозможности применения при высоких температурах окружающей среды.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является поддержание оптимальной температуры тяговых батарей в необходимом диапазоне для предотвращения их перегрева.
Поставленная задача решается тем, что устройство термостатирования тяговых батарей, содержащее насос для подачи жидкого теплоносителя к тяговым батареям, радиатор, электронагреватель, соединенный гидролиниями с тяговыми батареями, электроклапаны и датчики температуры, установленные на гидролиниях, компенсационно-расширительный бачок, вход которого сообщен с выходом тяговых батарей, а выход - сообщен с входом в насос, дополнительно содержит блок терморегулирования с компрессорно-холодильной установкой, вход которого с одной стороны соединен через гидролинии с тяговыми батареями, а выход через электроклапаны с электронагревателем и радиатором, при этом насос расположен в блоке терморегулирования.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что устройство термостатирования тяговых батарей дополнительно содержит блок терморегулирования с компрессорно-холодильной установкой, вход которого с одной стороны соединен через гидролинии с тяговыми батареями, а выход через электроклапаны с электронагревателем и радиатором, при этом насос расположен в блоке терморегулирования, позволяет поддерживать оптимальную температуру тяговых батарей, что положительно сказывается на работоспособности и долговечности тяговых батарей.
Суть полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства термостатирования тяговых батарей.
Устройство термостатирования тяговых батарей содержит насос 1 с электроприводом для подачи жидкого теплоносителя к тяговым батареям 2, радиатор 3 со встроенным вентилятором 4, электронагреватель 5, соединенный через гидролинии с тяговыми батареями 2 на выходе из которого установлен датчик 6 температуры теплоносителя, компенсационно-расширительный бачок 7, вход которого сообщен с выходом тяговых батарей 2, а выход сообщен с входом в насос 1. Кроме того, на гидролиниях имеются крестовины 8, 9, 10, а на компенсационно-расширительном бачке 7 расположен датчик 11 критического уровня теплоносителя, причем радиатор 3 соединен пароотводящим рукавом с компенсационно-расширительным бачком 7. Устройство также содержит блок 12 терморегулирования, вход которого с одной стороны соединен через гидролинии с тяговыми батареями 2, а выход через электроклапаны 13 и 14 с электронагревателем 5 и радиатором 3, причем электроклапаны 13 и 14 расположены на гидролиниях. При этом в блоке 12 терморегулирования расположен насос 1 и компрессорно-холодильная установка 15, предназначенная для охлаждения теплоносителя и поддержания оптимальной температуры для предотвращения перегрева тяговых батарей, а на входе в блок 12 терморегулирования установлен датчик 16 температуры теплоносителя.
Устройство работает следующим образом.
Устройство системы термостатирования тяговых батарей заполнено охлаждающей жидкостью. Циркуляцию обеспечивает насос 1 с электроприводом, входящая в состав блока 12 терморегулирования. Нагрев происходит за счет электронагревателя 5. Поток теплоносителя на выходе из блока 12 терморегулирования распределяют электроклапаны 13 и 14. В том случае, если датчик 16 температуры охлаждающей жидкости указывает на необходимость повысить температуру теплоносителя, происходит закрытие электроклапана 13, исключающее охлаждение теплоносителя в радиаторе 3, и теплоноситель поступает в электронагреватель 5, включение которого регулирует датчик 6 температуры теплоносителя, который передает информацию в электронный блок управления (не показан). Подогретый теплоноситель поступает в тяговые батареи 2, равномерное поступление подогретого теплоносителя во все тяговые батареи обеспечивает крестовина 8. Остывший теплоноситель поступает через крестовину 9, обеспечивающую равномерный отвод теплоносителя со всех тяговых батарей, в блок 12 терморегулирования. При достижении тяговыми батареями 2 температуры, при которых батареи начинают выделять тепло самостоятельно, происходит отключение электронагревателя 5, закрытие электроклапана 14 и открытие электроклапана 13. Теплоноситель начинает циркулировать через радиатор 3. В том случае, если температура тяговых батарей выше оптимального диапазона эксплуатации, а температура окружающей среды ниже +10°С, происходит включение электровентилятора 4. Если же температура окружающей среды выше +10°С, происходит открытие электроклапана 14 и закрытие электроклапана 13 для исключения возможного подогрева теплоносителя горячим воздухом окружающей среды посредством теплопередачи радиатора 3, датчик температуры охлаждающей жидкости подает сигнал о включении компрессорно-холодильной установки 15, входящей в состав блока 12 терморегулирования, которая посредством охлаждения хладагентом (фреоном) приводит к понижению температуры тяговых батарей до оптимального диапазона и дает возможность поддерживать температуру в пределах +15°…+25° на высоких температурах окружающего воздуха. То есть, после того, как произошел нагрев, необходимо поддерживать заданную температуру +15°…+25°, при этом электронагреватель 5 отключается и тяговые батареи сами начинают выделять тепло. Если же температура выйдет за эти пределы, то существенно сократится срок службы тяговых батарей, и они быстро выйдут из строя.
Остывший теплоноситель проходит через выключенный электронагреватель 5 и через крестовину 8 подается к тяговым батареям 2. Для компенсации изменения объема теплоносителя установлен компенсационно-расширительный бачок 7 с датчиком 11 критического уровня охлаждающей жидкости. Для исключения завоздушивания системы термостатирования на каждом выходе теплоносителя из тяговых батарей применены воздухоотводящие трубопроводы, объединенные крестовиной 10, после крестовины смесь теплоносителя с воздухом поступает в компенсационно-расширительный бачок 7. При этом все части системы соединены стальными трубами, а также рукавами для жидких рабочих сред при помощи червячных хомутов.
Технический результат заключается в поддержании оптимальной температуры тяговых батарей, например, для электробуса в необходимом диапазоне +15°…+25° при помощи компрессорно-холодильной установки для предотвращения перегрева тяговых батарей, а также для обеспечения эффективного нагрева данных батарей при отрицательных температурах окружающей среды до температурного порога, при котором батареи выходят на оптимальный рабочий режим для сохранения работоспособности и долговечности тяговых батарей.
Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить поддержание оптимальной рабочей температуры тяговых батарей в необходимом диапазоне, исключив их перегрев.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.