Система термостабилизации автономного источника электропитания Советский патент 1983 года по МПК H01M10/50 

Изобретение относится к электрот хнике и может быть использовано в автономных, источниках элёквгропита ния,, содержащих, термоэлектрический генератор., и накопитель элект.ропита:ния. Примером термоэлектрического. . . ге.нератора мбжет служит р диоизртоп11Ый термоэлектрический генератор (РИТЭГ), примером накопителя . Iэлектроэнергии --.ак сумулятор. Устройства, включающие аккумуляторную батареюС системой защиты от перезаряда и переразряда и РИТЭР, способные отдавать в импульсе мощность, превышающую номинальную мощность РИТЭГ, ислольз.уются для- элект ропитания работающих автоматически без постоянного набяйдения .с эпизот дическим обслуживанием радио- И све .товых маяков в удаленных, и труднодоступных района-х.Лри этом аккуму;-ляторные батареи должны устанавл.и-; ваться в отапливаемых- помещениях или должны быть способны работать.при температуре: окружающей .среды от -50 до . . . ; Выпускаемые промышленностью аккумуляторы, не тре.бующие обслужи. .вания, например герметизированные никель-кадмиевые тип-а НКГ 110-СА, могут длительное время работать лишь в .условиях положительных темпе ратур, не превышающих однако . Для обеспеч.ен:ия работоспособнос ти аккумуляторов при отрицательных температурах внешней среды их-разме щают в помещениях совместно с . РИТЭГом,-.рт которого они. и подогре в аются.. . Недостат.ком такого подогрева ак муляторов является необходимость постройки специального помещения, тогда как РИТЭГ не ну-ждаетсяв таком помещен ии. t. Известны также способы прдогрев а аккумулятрров - 1 - з . - . . Недостатком перечисленных устройс.тз является потребление ими до полнительной электроэнергии, что п компенсировании с термоэлектрическ преобразователем/ характеризующим.ся дефицитом выходной мощности, со верш.енно недопустимо. . .Наиболее близким к изобретению является у.дтройство термостабилиза аккумуляторных батарей, предназначенное для поддержания температуры . аккумуляторной батареи выше температуры окружающего воздуха .путем- с хранения тепла, вырабатываемого пр работе батареи. Устройство содержи термоизоляционный корпус, внутри которого распола:гаётсябатарея, в корпусе имеется канал, связывающий внутреннее пространство корпуса Ci внешней средой, который мОжет быть подключен к вентилятору автомобиль ного двигателя. С каналом связано запорное устройство, которое имееа два фиксированных положения, соответствующих о,ткрытому-и закрытому состояниям канала. Запорное устройство может быть по-дключено к устройству вакуумнрй откачки, например к общему разрежения автомобильного двигателя- внутренного сгорания,, под во.эдействием которого :оно принимает одно из двух возможных положений. При неработающем автомобильном двигателе запорные устройст-во перекрывают к аналы, врезультате чего выделяемое акк.уйулятором тепло сохраняется внутри теплоизоляцион-; ного корпуса, чем обеспечивается превышение - температуры аккумулятора над температурой окружающего воздуха. : . . . .. При работающем автомобильном двига,теле за счет разрежения, возникаю-щего в канале всасывания-, запорное устройство открывает канал, через который вентилятором автомобильного двигателя прогоняется теплый воздух, чем обеспечивается принудительн,ый обогрев .аккумулятора 4.. V -Однако при положительной.температуре, окружающего .воздуха, близкой к предельно допустимой для аккумуляторов, требуется обдув их нагретым воздухом, на что расходуетсядополнительная энергия,. Наличие -в термоизоляционном корпусе канала с запорным устройством, соединяющего внутрен.-V нюю полость термоизоляционного корпуса с внешней средой/ ухудшает термоизоляционные свойства корпуса, в . результате .чего выделяемого аккумулятором тепла от его саморазогрева оказывается недостаточно для обеспечения положи.тельной те.мпературы акйумуляторов при достаточно низкой температуре окружающего воз.духа, например . ... , Целью изобретения является расширение рабочего диапазона температур автономного источника .электропитания при уменьшении за.трат энергии. . -- . , . . . Цель достигается тем, что в систе.му термостабилизации автономного источника., электррэн.ергйй, содержащую первичный источник энергии и аккумуляторную батарею, помещенную в термоизоляционный корпус, введены термореле нижнего и верхнего пределОв температур, элемент подогрева, съемная .термоизоляционная крышка с электроприводом, состоящим из электромотора постоянного тока с редукторОм, двухпозиционного дистанционного переключателя и двух Аонцевых ВЕлключателей, вход первой обмотки дистанционного переключателя подключен к выходной клемме термореле нижнего предела температуры и элементу электрообогрева, другой клеммой подсоединенного к минусовой кле ме батареи, выход первой обмо.тки / дистанционного переключателя через первый блок-контакт подключен к минусовой клемме батареи, вход второй обмотки дистанционного переключа. теля подключен к выходно.й клемме термореле- верх негр предела температуры, а ВЫХОДвторой обмотки через второй блок-контакт подключен- к мину совой клемме батареи, входные Ллемг мы обоих термореле подключены к плюсовой клемме батареи, электромотор. . переключающие контакты . дистанционного переключателя соединён с плюсовой и минусовой клемм-йми батареи. При .э.омпервичный источник эйер гии выполнен в видерадиоизотопного т-ермоэлектрического генератор1а На фиг.1 изображена конструктив ная схема предлагаемого устройства; на, фиг,2 - электрическая схема устройства . : . Устройство((фиг.1)включаеТВ .се бя .термоизоляционный, корпус 1, внут ри которого расположена батаре-я i2., термоизоляционную крышку 3, свдзанную с э:лек тромеханическим приводом термореле 5- и 6 соответственно -нижнего и верхнего предела температуры расположенные .внутри корпуса, и эле мент .7 подогрева, расположенный-уам же- ,-- - . , : Электромеханический привод 4 содержит электромотор 8.постоянного тока с редуктором, дистанционный ; переключатель (ДП)Э , представля.ющий.. собой двухпо.зиционное двухо мотрчное реле с меха-нической фиксацией положения контактов, и концевые вы|ключатели 10 и 11.. & качестве ДП .может быть использовано реле серии ДП-1 ТУ 16-526.455-79. 12 первой обмотки ДП- 9 подг ключей к выходной клемме терморе- . ле 5 и элементу 7 подогрева, вых,од 13 через блок-контакт; 9.1 - к минусо вой клемме батареи 2. Вход 14 второй обмотки ДП 9 подключен к выходной клемме термореле 6, а выход: 15 блок-койтакт 9.2 - к минусовой клемме- батареи 2. Входы термореле 5 и 6 подключены к плюсовой клемме 6aiTaреи 2. -В качестве термореле может. быть использовано релетемпературы серии РТПБ1 5610.457.OQO ТУ Вход 16 электромотора 8 через .. контакт 9.3(9.4) и концевой выключйтель .11(10) соединен с плюсовой (минусовой)Клеммой батарея 2/ вход 17 мотора 8 через контакт 9.5(9.6) с минусовой (плюсовой) клеммой батареи 2.- . К батарее 2 подключен термоэлектрический преобразователь со схе- мой 12 защиты.. . Устройство работ ает с.ледующим образом; ; В условиях отрицательных температур окружающей среды при первичном -включении, крышка 3 закрыта, температура пнутри корпуса отрицательна, контакт тремореле 5 замкнут, конгтакт термореле б разомкнут, кон- .такты 9.2г 9.3 и 9. 5 замкнуты, а контакты .9.1, 9, 4 , 9.б разомкнуты. Концевой .выключатель 11 разомкнут, а ;. .выключатель 10 замкнут. К выхоЯУ РИТЭГ подключен элемент 7 подогрева. От тепла, выделяемого .этим элементом, температура внутри корпуса повыша.ется-. При достижении положигельных значений .этой темпдр,атуры термореле 5 срабатывает и отключает. элёктрообогрев. От саморазогрева батареи температура, внутри корпуса также повышается, причем до тех пор, пока не установится ба.-. . .ланс между теплом, выделяемым батареей, и теплом, излучаемым корпусом Во внешнюю среду..-С повышением температуры внешн.ей среды .внутри кор-п.ус температура также повышается, При достижении -этой температурой заданного предельного знач-енля срабатывает-термореле 6 и подается напряжение на вход 14 обмотки ДП 9. При срабатывании ДП 9 замыкаются . . контакты .9.4, 9. 6 и .9.1 и размыкаются контакты -9.3, 9.5 и 9.2. Через контакты 9.4,-9.б и .концевой выключатель 10 подаётся Напряжение на электромотор, который .через редуктор .открывает крышку корпуса. 3 до тех пор, пока не разомкйётся концевой . -выкJ ючaтeль 10. В начале движения крышки концевой выключатель 11. за.- ; мыкается. При открытой крышке корпуса обеспечивается естественное кон-. векционное .охлаждение бч1тареи. , В случае понижения температуры окружающей среды температура внутри корпуса также понижается, при , этом контакты терморелеб размыка- ютсд. Когда температура достигает , срабатывает термореле 5, через контакты которого, а также контакт 9.1, подается напряжение уа обмотку ДП 9, в результате чего контакты 9.3, 9-5 и 9.2 замыкаются, а контакты 9;., 9.4 и 9.6 размыкаются. Через контактны 9,3, 9..5 и концевой выключатель 11 подается напряжение на электромотор 8, который через ;редуктор закрывает крышку корпуса. В начале движен.ия крышки концевой вык-лючатель 10 замыкается. Электромотор вращается до тех пор,.пока не закроется крынка корпуса., а концевой выключатель 11 не разомкнемся, .Одновременно с подачей напряжени5г на вход 12 ДП9 через койтакты термореле 5 подается напряже-ие на элемент 7 подогрева, чем беспечивается положительная тем- ература внутри корпуса при пониении температуры окружающего воздуа до предельно допустимого знаения () .

-Таким образом, положительная темература батареи, а следовательно, ее работоспособность при отрицательных температурах наружноговоз10уха обеспечиваются термоизоляцией и самонагревом батареи, а также дополнительным ее электрообогревом.

При положительной температуре окружающего воздуха защита батареи

15 от перегрева за счет саморазогрева обеспечивается автоматическим открыванием крышки и естественным конвекционным охлаждением. .

При этом расход энергии на элект20роподогрев аккумуляторов компенсируется повышением выходной мощноети электротермопреобразователя РИТЭГ с Понижением температуры окружающего воздуха, в результате чего выходная мощность установки (накопитель сов25местно с РИТЭГом) на согласованной нагрузке в широких пределах изменения .температур остается примерно постоянной, что достаточно для эффективной работы радиомаячных систем.

30 Так, например, выходная мощность, РИТЭГ типа Г-9.0-80/24 при изменении температуры окружающего воздуха от +40 до -50°С возрастает линейно примерно от 65 до 74 Вт соответственно.

35

В известном устройстве положитель ная температура батареи при отрицательных температурах окружающего воздуха достигается термоизоляционным корпусом, самопрогреврм аккумуляторов и дополнительнымобдувом их

40 прогретым воздухом, а в условиях положительных температур окружающего воздуха допустимая температура батарей обеспечивается, дополнительным

45 обдувом.

В предлагаемом устройстве положительная температура аккумуляторов в условиях отрицательных температур окружающей среды достигается термо-. изоляционным корпусом, самопрогревом аккумуляторов и дополнительным элект,рообогревом за счет повышенной отдачи мощности термообразователей.

В условиях положительных температур - окружающего воздуха допустимая положительная температура аккумуляторов обеспечивается их конвекционным охлаждением при автоматически открываемой крьаике термоизоляционного корпуса. При этом на охлаждение аккумуляторов в отличие от известного устройства энергия не затрачивается. Затратами электроэнергии на открывание крышки можно пренебречь ввиду малой мощности электропривода и кратковременности процесса открывания крышки.

В предлагаемом устройстве расширение диапазона рабочих температур автономного источника электропитания происходит за счет конвекцион.ного охлаждения аккумуляторов в условиях положительных температур окружающе17О воздуха без затраты на это дополнительной энергии.

При отрицательных температурах окружающей среды в предлагаемом устройстве дополнительный обогрев аккумуляторов происходит путем утилизации дополнительной энергии, отдаваем мой термопреобразователем.. Однако в предлагаемом устройстве термоизоляционные свойства корпуса выше, чем в известномг в результате чего положительную температуру аккумуляторов можно получить при меньших затратах энергии, а следовательно, обеспечить работоспособность устройства при более низких температурах окружающего воздуха.

Зыхо0

0tfSJ

1. СИСТЕМА ТЕРМОСТАБИЛИЗА ЦИИ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащая первичный исто ник энергии и аккумуляторную батарею, помещенную в термоизоляционны корпус, отличающаяся тем, что/ с целью расширения рабочего диапазона температур автономн источника .электропитания при умень шении расхода энергии, в него введ ны термореле нижнего и верхнего пр делов температур, элемент подогрева, съемная термоизоляционная крыш ка с электроприводом, состоящая из электромотора постоянного тока с редуктором, двухпозиционного дистанционного переключателя и двух концевых выключателейf вход первой обмотки дистанционного переключателя подключен к выходной клемме термореле нижнего предела температуры и элементу электроподогрева, выход первой обмотки дистанционного переключателя через первый блок-контакт подключен к минусовой клемме батареи, вход второй обмоткидистанционного переключателя подключен к выходной клемме термореле верхнего предела температуры, а выход второй обмотки через второй блок-контакт подключен к минусовой клемме батареи, входные клеммы обоих термореле подключе- ны к плюсрвой клемме батареи, электромотор через- переключающие контакты дистанционного переключателя соединен с плюсовой и минусовой клеммами батареи. 2. Система по п.1, о т л и ч а ю-, щ а я с я тем, что первичнйй источ- ник энергии выполнен в виде ра диоизотопного термоэлектрического генератора ..