УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗОПАСНОЙ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 2024 года по МПК H01M10/63 H01M10/6572 H02J7/00 H01M50/383 

Изобретение относится к области электричества и элементам электрического оборудования, а именно к устройствам для зарядки и выравнивания температуры съёмных/сменных батарей и способам зарядки аккумуляторных батарей [H01M 2/00, H01M 2/02, H01M 2/10, H01M 8/02, H01M 10/00, H01M 10/60].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ В РАБОЧЕМ СОСТОЯНИИ АККУМУЛЯТОРОВ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР [RU96698 (U1), опубликовано 10.08.2010], содержащее корпус с наружным и внутренним слоями и расположенными между ними нагревательным элементом и теплоизоляционным слоем, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде съемного складного герметичного контейнера с внутренним слоем, выполненным из ткани с антикислотной пропиткой, с наружным слоем - из прочного прорезиненного материала, при этом корпус дополнительно содержит два слоя из огнеупорного материала и слой пароизоляции, причем нагревательный элемент выполнен в виде провода с термоизоляцией, размещенного между слоями из огнеупорного материала с возможностью подключения в цепь системы зажигания автомобиля, а слой пароизоляции размещен между теплоизоляционным слоем и слоем из огнеупорного материала.

Недостатком аналога является низкая функциональность устройства, обусловленная ограниченной областью применения устройства только для теплоизоляции аккумуляторных батарей.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ [KR20150113369 (A), опубликовано: 08.10.2015], содержащий емкость для аккумуляторной батареи с охлаждающей жидкостью, снабженной входным и выходным патрубками, выполненные регулируемыми по высоте с помощью серводвигателей, емкость для восстановления охлаждающей жидкости, установленная вместе с емкостью для аккумуляторной батареи с охлаждающей жидкостью и обеспечивающая рециркуляцию охлаждающей жидкости в емкости для аккумуляторной батареи с охлаждающей жидкостью, серводвигатели управляются с помощью блока управления.

Основной технической проблемой прототипа является низкая надежность и безопасность устройства, не обеспечивающая электро- и пожаробезопасность, а также низкая функциональность, обусловленная отсутствием средств автоматизации процесса зарядка, контроля за состоянием охлаждающей жидкости.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков аналога и прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении функциональности устройства для безопасной зарядки аккумуляторных батарей.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для безопасной зарядки аккумуляторных батарей, содержащее контейнер и средства регулирования температуры, отличающийся тем, что контейнер выполнен с возможностью размещения в налитой в него диэлектрической, обладающей огнетушащими свойствами, жидкости аккумуляторных батарей и зарядного блока для зарядки аккумуляторных батарей, при этом контейнер выполнен герметичным, для чего снабжен съемной крышкой или люком в его крыше, а средства регулирования температуры выполнены в виде термомодулей, выполненных с возможностью поддержания температуры жидкости в заданном на блоке управления устройством диапазоне, блок управления выполнен с возможностью выбора режимов работы зарядного блока, автоматического контроля и управления устройством и контроля состояния заряда аккумуляторных батарей, к блоку управления подключены зарядный блок, исполнительные механизмы термомодулей, датчики контроля температуры диэлектрической жидкости.

В частности, в качестве диэлектрической жидкости используют фторкетон.

В частности, поддержание температуры жидкости осуществляют прямым воздействием на жидкость ее циркуляцией через термомодули.

В частности, поддержание температуры жидкости осуществляют косвенным воздействием на жидкость теплоносителем, циркулирующим через термомодули.

В частности поддержание температуры жидкости осуществляют косвенным воздействием на жидкость термомодулями через стенки контейнера.

В частности, термомодули выполнены в виде змеевика, по которому циркулирует теплоноситель или диэлектрическая жидкость, в виде элементов Пелтье, электрического нагревателя, радиатора охлаждения, конденсатора холодильной установки, теплового насоса.

В частности, к блоку управления подключен датчик давления, смонтированный внутри контейнера с возможностью контроля давления в контейнере.

В частности, в контейнере смонтирован датчик уровня диэлектрической жидкости.

В частности, контейнер снабжен клапаном выравнивания давления, смонтированным в крышке или боковой стенке контейнера.

В частности, контейнер снабжен запорной арматурой для слива/залива жидкости в контейнер.

В частности, управление запорной арматурой выполнено с блока управления.

На фигуре показана структурная схема устройства для безопасной зарядки аккумуляторных батарей, на которой обозначено: 1 - контейнер, 2 - аккумуляторная батарея, 3 - зарядный блок, 4 - жидкость, 5 - термомодуль, 6 - датчик температуры, 7 - блок управления, 8 - датчик давления.

Осуществление изобретения.

Сущность изобретения заключается в создании безопасной среды для автоматической зарядки аккумуляторных батарей путем их зарядки в диэлектрической жидкости при поддержании оптимальной температуры для зарядки, эксплуатации и хранения, заданной изготовителем аккумуляторных батарей.

Устройство для безопасной зарядки аккумуляторных батарей представляет собой герметичный контейнер 1, выполненный с возможностью размещения в нем в жидкости 4 аккумуляторной батареи 2 и зарядного блока 3, от которого осуществляется зарядка аккумуляторной батареи 2. Контейнер 1 снабжен съемной крышкой или люком в его крыше. В качестве жидкости 4 для наполнения контейнера 1 используют диэлектрическую жидкость, например, фторкетон, который обладает диэлектрическими огнетушащими свойствами.

Зарядка/разрядка аккумуляторных батарей 2 в контейнере 1 должно осуществляться при рекомендованной или допустимой по условиям эксплуатации или хранения температуре. Оптимальная температура для зарядки аккумуляторных батарей зависит от типа батареи. Обычно рекомендуется заряжать аккумуляторы при температуре от +10 до +25 °C. При этом, чем ниже температура, тем медленнее должна происходить зарядка. Некоторые аккумуляторные батареи могут заряжаться и при более низких температурах, но это может сократить срок их службы. Так, например, литий-ионные аккумуляторы нельзя заряжать ниже 0 °C. Кроме того, при размещении в контейнере 1 аккумуляторной батареи 2 только что снятой с оборудования, эксплуатируемого при высоких/низких температурах, температура аккумуляторной батареи 2 может отличаться от рекомендованного диапазона. Помещение в жидкость 4 оптимальной температурой обеспечит нагрев/охлаждение аккумуляторной батареи 2 до температуры, рекомендованной для процесса заряда/разряда.

Температура жидкости 4 внутри контейнера 1 поддерживается нагревом или охлаждением жидкости 4 или стенок контейнера 1 с помощью термомодулей 5. Термомодули 5 выполнены в виде нагревательных и охлаждающих элементов, которые могут быть выполнены как заодно, например в виде змеевика, смонтированному как внутри контейнера 1, так и снаружи на его дне и/или боковых стенках, по которому циркулирует теплоноситель температурой, требуемой для поддержания температуры жидкости 4 внутри контейнера 1 или диэлектрическая жидкость 4, охлаждаемая или нагреваемая при прохождении через термомодули 5, в виде элементов Пелтье и т.д., так и раздельно, например, нагревательный элемент термомодуля 5 может быть выполнен в виде электрического нагревателя, а охлаждающий элемент термомодуля 5 может быть выполнен в виде змеевика, конденсатора холодильной установки или радиатора пассивного охлаждения т.д. Циркуляцию диэлектрической жидкости 4 через термомодули 5 обеспечивают путем ее естественной циркуляции под действием конвекции или с помощью циркуляционного насоса или теплового насоса. Для этого в стенках контейнера должны быть смонтированы патрубки, обеспечивающие циркуляцию диэлектрической жидкости 4. Нагрев/охлаждение диэлектрической жидкости 5 также могут осуществлять с помощью теплового насоса, обеспечивающего циркуляцию диэлектрической жидкости 4 и ее нагрева или охлаждения от нагревателя или холодильника, или циркуляцию теплоносителя с заданной температурой.

В зависимости от варианта реализации термомодуля 5 нагрев и/или охлаждение диэлектрической жидкости 4 осуществляется путем обеспечения циркуляции жидкости 4 циркуляционным насосом через нагреватель или холодильник, конденсатор холодильной установки, и/или нагрева/охлаждения жидкости 4 внутри контейнера 1 путем помещения внутрь жидкости 4 нагревательных/охлаждающих элементов термомодулей 5, и/или нагрева/охлаждения стенок контейнера 1 нагревательными/охлаждающими элементами термомодулей 5. На фигуре показан вариант реализации устройства с термомодулем 5 на стенке снаружи контейнера 1.

Для контроля температуры жидкости 4 устройство может включать в себя датчик температуры 6. Для контроля уровня диэлектрической жидкости 4 внутри контейнера устройство может быть снабжено датчиком уровня (на фигурах не показан). Датчик уровня может быть выполнен механическим, например, поплавковым и электрическим, контактным или бесконтактным.

Для реализации автоматического управления устройство содержит блок управления 7, выполненный на базе контроллера. К блоку управления 7 подключены зарядный блок 3, датчик температуры 6, датчик давления 8, исполнительные механизмы термомодуля 5, которые в свою очередь могут быть выполнены в виде реле, клапанов, запорной арматуры и т.д. Блок управления 7 содержит органы управления, выполненные в виде переключателей, кнопок и т.д. для включения/отключения зарядного блока 3, изменения режимов работы зарядного блока 3 (время заряда, ток заряда) и термомодуля 5, элементы отображения текущего режима работы устройства и его элементов, предустановленных режимов работы, данных о температуре, давлении и уровне жидкости 4 внутри контейнера 1, получаемых от датчиков температуры 6, давления 8 и уровня жидкости, состоянии аккумуляторных батарей 2 (напряжении и токе на клеммах аккумуляторной батареи 2). Элементы отображения могут быть выполнены в виде индикаторов, экрана и т.д.

В качестве жидкости 4, наполняющей контейнер 1 используют фторкетон или аналогичную ей жидкость, безопасную для окружающей среды, электронных компонентов и человека, и используемую в промышленности в качестве средства пожаротушения.

Для максимальной энергоэффективности и пожаробезопасности зарядный блок 3, а также другие элементы устройства могут размещаться внутри контейнера 1 в жидкости 4.

Контейнер 1 может быть снабжен датчиком давления 8 внутри контейнера 1, клапаном выравнивания давления 9, смонтированного в крышке или боковой стенке контейнера 1, а также запорной арматурой для слива/залива жидкости 4 в контейнер 1. Запорная арматура может быть выполнена как с возможностью ручного управления, так и может быть снабжена клапанами, управляемыми с блока управления 7.

Рассматриваемое устройство для безопасной зарядки аккумуляторных батарей предназначено для зарядки/разрядки, а также хранения, в том числе в процессе эксплуатации, аккумуляторных батарей 2.

Устройство для безопасной зарядки аккумуляторных батарей используют следующим образом.

Аккумуляторную батарею 2, одну или несколько, в зависимости от полезного объема контейнера 1 загружают в контейнер 1. Подключают соответствующие клеммы зарядного блока 3 к клеммам аккумуляторной батареи 2. Через запорную арматуру заполняют контейнер 1 диэлектрической жидкостью 4 так, чтобы верхний уровень жидкости 4 был выше аккумуляторного модуля 2 и зарядного блока 3.

Закрывают герметично контейнер 1.

На блоке управления 7 устанавливают режим зарядки аккумуляторной батареи 2, который может задан непосредственно перед зарядкой, так и выбран из памяти контроллера блока управления 7, устанавливают требуемую температуру диэлектрической жидкости 4 внутри контейнера 1. Выбираемые режимы работы устройства могут быть записаны в память контроллера модуля управления 7 для их дальнейшего выбора в качестве предопределенных для конкретной аккумуляторной батареи, уровня ее разрядки и условий окружающей среды.

Например, температуру жидкости 4 устанавливают от +10 до +25 °C в зависимости от температуры окружающего воздуха. Режим работы зарядного блока 3 может предусматривать постепенное снижение зарядного тока по мере роста напряжения аккумуляторной батареи, переход в режим стабилизация напряжения, подачу низкого тока зарядки (до 5% от емкости) в течение 1,5-3 часов для приближения к уровню максимальной заряженности и сброса эффекта памяти, установку напряжения 13,8 В для аккумуляторной батареи 12 В позволяющей достичь 100%-ной зарядки без риска перезаряда и перегрузки, подачу с зарядного блока 3 импульсного напряжения с последующими поочередными выдержками под токами максимального значения и постоянным напряжением 13,8В, установку времени зарядки (при условии разряда 50% и меньше) - 8-12 часов и т.д., в зависимости от типа аккумуляторной батареи 2 и рекомендаций изготовителя аккумуляторной батареи. Во время зарядки аккумуляторной батареи 2, ее эксплуатации или хранения внутри контейнера 1 устройства блок управления 7 обеспечивает поддержание заданного режима зарядки, хранения или эксплуатации. Во время работы устройства давление внутри контейнера 1 выравнивается с помощью клапана выравнивания давления 9.

Заданная на блоке управления 7 температура диэлектрической жидкости 4 поддерживается термомодулем 5.

Подключение зарядного блока 3 к блоку управления 7 и подача питания на зарядный блок 3, а также подключение аккумуляторного блока 2 к оборудованию, для питания которого он предназначен осуществляется через гермовводы, смонтированные через боковые стенки или крышку контейнера 1.

Функциональность устройства для безопасной зарядки аккумуляторных батарей заключается в обеспечении регулируемого, автономного и автоматического процесса зарядки/подзарядки аккумуляторных батарей 2 на этапах подготовки их к эксплуатации, эксплуатации и хранения за счет размещения аккумуляторных батарей 2 и зарядного блока 3 в диэлектрической жидкости внутри контейнера 1, что обеспечивает электро-, пожаробезопасность при аварийных ситуациях и управления циклом зарядки/подзарядки аккумуляторных батарей 2 с блока управления 7, который обеспечивает управляемый контроль процессами в соответствии с заданными режимами работы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству для безопасной зарядки аккумуляторных батарей. Повышение безопасности зарядки аккумуляторных батарей путем контроля за состоянием охлаждающей жидкости является техническим результатом, который достигается за счет того, что зарядный блок и аккумуляторная батарея помещены в герметичный контейнер с диэлектрической жидкостью, где установлены средства регулирования температуры, выполненные в виде термомодулей с поддержанием температуры жидкости в заданном на блоке управления диапазоне, а также датчики температуры и давления, связанные с блоком управления, который поддерживает автоматический контроль режимов работы зарядного блока и состояния заряда аккумуляторных батарей. Заданная на блоке управления температура диэлектрической жидкости поддерживается термомодулем, выполненным в виде элемента Пелтье, а выбор в качестве диэлектрической жидкости фторкетонов обеспечивает электро и пожаробезопасность зарядки аккумуляторных батарей. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для безопасной зарядки аккумуляторных батарей, содержащее контейнер и средства регулирования температуры, отличающееся тем, что контейнер выполнен с возможностью размещения в диэлектрической, обладающей огнетушащими свойствами, жидкости аккумуляторных батарей и зарядного блока для зарядки аккумуляторных батарей, при этом контейнер выполнен герметичным, для чего снабжен съемной крышкой или люком в его крыше, а средства регулирования температуры выполнены в виде термомодулей, выполненных с возможностью поддержания температуры жидкости в заданном на блоке управления устройством диапазоне, блок управления выполнен с возможностью выбора режимов работы зарядного блока, автоматического контроля и управления устройством и контроля состояния заряда аккумуляторных батарей, к блоку управления подключены зарядный блок, исполнительные механизмы термомодулей, датчики контроля температуры диэлектрической жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической жидкости используют фторкетон.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поддержание температуры жидкости осуществляют прямым воздействием на жидкость ее циркуляцией через термомодули.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поддержание температуры осуществляют косвенным воздействием на жидкость теплоносителем, циркулирующим через термомодули.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поддержание температуры жидкости осуществляют косвенным воздействием на жидкость термомодулями через стенки контейнера.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термомодули выполнены в виде змеевика, по которому циркулирует теплоноситель или диэлектрическая жидкость, в виде элементов Пелтье, электрического нагревателя, радиатора охлаждения, конденсатора холодильной установки, теплового насоса.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к блоку управления подключен датчик давления, смонтированный внутри контейнера с возможностью контроля давления в контейнере.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в контейнере смонтирован датчик уровня диэлектрической жидкости.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контейнер снабжен клапаном выравнивания давления, смонтированным в крышке или боковой стенке контейнера.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контейнер снабжен запорной арматурой для слива/залива жидкости в контейнер.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что управление запорной арматурой выполнено с блока управления.