Аккумуляторная батарея с автоматическим внутренним подогревом

Изобретение относится к электротехнике, а именно к аккумуляторам, аккумуляторным блокам и батареям различного класса, типа и конструкции, работающим в условиях заряда и разряда при низких наружных температурах. Согласно изобретению в каждом аккумуляторе или аккумуляторном блоке нагревательный элемент подключен к выводам аккумулятора или аккумуляторного блока через контакты термореле, обмотка которого подключена к выводам аккумулятора или блока, и тиристор, управляющий переход которого подключен к выводам обмотки импульсного трансформатора, охватывающего межаккумуляторную соединительную перемычку со стороны положительного электрода каждого аккумулятора, или провод, подключенный к положительному электроду аккумуляторного блока. При этом мощность нагревательного элемента, автоматически включаемого при снижении температуры внутри аккумуляторов или блока по отношению к мощности аккумуляторов в батарее, составляет 8-10%. Техническим результатом является обеспечение высокого уровня емкости при заряде и разряде при низких наружных температурах при отсутствии участия персонала для обслуживания батарей, работающих в различных эксплуатационных условиях при автоматическом режиме включения нагревательных элементов с минимальным расходом электрической энергии при минимальном увеличении стоимости аккумуляторной батареи. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к аккумуляторам и аккумуляторным блокам и собранным из них аккумуляторным батареям различного класса, типа и конструкции со щелочным, кислотным жидким или гелевым электролитом и сепараторами AGM (с рекомбинацией газовых носителей), работающих на открытом воздухе при низких наружных температурах.

Одним из серьезных недостатков практически всех перечисленных типов аккумуляторов являются их низкие электрохимические показатели - крайне низкая отдача энергии при заряде и разряде при низких наружных температурах.

Одним из наиболее известных и недорогих способов улучшения работы аккумуляторов и их блоков является установка в их корпусе нагревательных элементов с различными теплопередающими устройствами их энергии к электролиту (Патент США №2700064, кл. Н01М 45/02).

В таких устройствах внутреннего подогрева осуществляется нагрев электролита при стоянках транспортных средств, на которых установлена батарея, и подогрев происходит только в стационарных условиях при подключении к внешнему источнику питания, что снижает его эффективность и требует затрат на работу обслуживающего персонала. Известны также устройства с большей надежностью и эффективностью нагрева, но им присущи те же вышеперечисленные недостатки (Патент России №20880009, кл. Н01М 10/50), что исключает их использование для тяговых и стационарных аккумуляторов.

Исследования по поиску дешевого и эффективного способа внутреннего нагрева и анализ существующих нагревательных устройств и приборов, после их экспериментальной проверки, показал, что имеется возможность выполнить эффективный внутренний подогрев любых аккумуляторных блоков и индивидуальных аккумуляторов непосредственно за счет подключения через контакты термореле внутреннего нагревателя как для щелочных, так и кислотных аккумуляторов с напряжением 2 и 1,2 В в процессе их заряда и разряда при снижении внутренней температуры ниже -10°С.

При этом мощность нагревателей составляющих 10% от мощности аккумуляторного блока или аккумулятора (вплоть до наружной температуры -50°С) обеспечивает возможность полноценного заряда и разряда в течение длительного времени, когда внутренняя температура электролита и воздуха внутри аккумулятора за счет подогрева достигает 0°С с автоматическим последующим отключением нагревателя тем же термореле, расположенном внутри корпуса блока или аккумулятора. При этом появляется возможность автоматического управления подогревом аккумуляторов (1,2; 2 В), собранных в батарею с их любым количеством.

Работа устройства поясняется чертежом, где показано устройство аккумуляторной батареи, собранной из индивидуальных аккумуляторов с внутренним подогревом при использовании 2 В блоков.

Устройство внутреннего подогрева аккумуляторов в батарее работает следующим образом.

При снижении температуры воздуха и электролита в аккумуляторах ниже -10°С срабатывает термореле 8 и замыкает свой контакт 8' (при условии заряженности аккумуляторов).

В момент включения заряда батареи от системы управления объекта, где установлена аккумуляторная батарея, от протекания тока заряда через аккумуляторы в обмотке импульсного трансформатора 5, сердечник которого охватывает соединительную перемычку каждого аккумулятора батареи со стороны его положительного вывода, возникает импульс на включение тиристора 7, который подключает нагревательный элемент 9 к электродам каждого аккумулятора батареи.

В сочетании с током заряда и выделения тепловой энергии от нагревателя через металлический радиатор начинается интенсивный нагрев воздуха и электролита внутри аккумуляторов, обеспечивая интенсивный заряд аккумуляторов батареи.

В зависимости от наружной температуры будет иметь место быстрый или более медленный нагрев воздуха и электролита в каждом аккумуляторе до температуры 0°С, когда произойдет отключение термореле 8 и нагревателя от электродов аккумулятора.

Далее идет процесс медленного остывания электролита и воздуха до температуры -10°С независимо от текущих процессов заряда и разряда аккумуляторов.

При длительном нахождении аккумуляторов в батарее при низких температурах без заряда при включенном нагревательном элементе отключение термореле в итоге произойдет независимо от температуры электролита за счет снижения напряжения аккумуляторов из-за их разряда: у кислотных до 1,7 В, а в щелочных - до 1 В. Таким образом, батарея будет готова к работе при следующем включении цепей управления объекта на котором она установлена.

Такой алгоритм автоматического включения нагревательных элементов действует для стартерного и тягового класса аккумуляторов.

Для стационарного класса аккумуляторов, которые работают как кратковременные резервные источники питания, для которых характерно сравнительно редкое включение на разряд и находящихся практически все остальное время в заряженном состоянии, алгоритм включения нагревательных элементов отличается от описанного тем, что включение нагревателя происходит в момент перехода тока на разряд, т.е. тиристор 7 включается от тока в обратном направлении (I разр.)

Разработанное устройство прошло длительные испытания на разных типах аккумуляторов, собранных в батареи различной мощности, и показало надежную и эффективную работу при низких наружных температурах (до -50°С), значительно увеличивая отдачу по емкости (в несколько раз) при увеличении расхода электроэнергии на 5-10% при увеличении стоимости на 5-8%, являясь универсальным для всех типов и классов аккумуляторов, увеличивая, кроме того, качество работы электропотребителей и надежность работы объектов при низких наружных температурах и срок службы самих аккумуляторов.

Аккумуляторная батарея с автоматическим внутренним подогревом, содержащая в каждом аккумуляторе блок разноименных электродов с сепараторами и электрический нагревательный элемент, отличающийся тем, что размещенный внутри каждого аккумулятора нагревательный элемент подключен к выводам своего аккумулятора через последовательно включенные контакты термореле и тиристор, управляющий переход которого подключен к обмотке импульсного трансформатора, сердечник которого охватывает соединительную перемычку каждого аккумулятора в батарее со стороны его положительного вывода, а обмотка термореле подключена к выводам аккумулятора.