Спосіб підтримки напруги в бортовій мережі транспортного засобу

Спосіб підтримки напруги в бортовій мережі транспортного засобу, при якому заздалегідь вибраний рівень напруги в усіх режимах роботи системи електропостачання при зміні частоти обертів ротора генератора та електричного навантаження стабілізують в заданих межах за рахунок регулювання на заданій частоті переключення обмотки збудження генератора, з подальшим корегуванням рівня напруги на величину термокомпенсації за наслідками контролю температури електроліту, де для покращення зарядно-розрядних процесів рівень напруги бортової мережі формують за результатами визначення енерговитрат при стартерному розряді та подальшого контролю поточного зарядного струму таким чином, щоб зарядження акумуляторної батареї виконувалось за правилом "ампер-годин", а для збереження позитивного зарядного балансу за результатами контролю динаміки руху транспортного засобу при гальмуванні рівень напруги бортової мережі корегують в сторону збільшення для отримання акумуляторною батареєю додаткового заряду, який використовують в системі електропостачання при прискореннях транспортного засобу, для чого обмотку збудження генератора вимикають на період повного відбору додаткового заряду, також для врахування погіршення умов зарядного процесу акумуляторної батареї в разі експлуатації транспортного засобу при низьких температурах рівень напруги бортової мережі не змінюють, а рекуперацію енергії гальмування здійснюють за рахунок додаткового навантаження бортової мережі електронагрівачем електроліту, який відрізняється тим, що для запобігання негативних наслідків сульфатації акумуляторної батареї у процесі експлуатації в бортовій мережі формують режим зарядки акумуляторної батареї реверсивними струмами, який здійснюють при умовах досягнення нормативного 75 % ступеня зарядки акумуляторної батареї, а також відповідності заздалегідь розрахованого критичного опору Rкр системи електропостачан Корисна модель належить до автомобільного електрообладнання, зокрема до бортових систем електропостачання (СЕП), які забезпечують задану якість напруги бортової мережі транспортного засобу (ТЗ) та одночасно сприятливі умови для зарядки акумуляторної батареї (АКБ) за будь-яких умов експлуатації. В умовах реальної експлуатації ТЗ при тривалому зниженні ступеня зарядки АКБ з'являються ознаки передчасної сульфатації і втрати ємності, що є основною причиною старіння і виходу з ладу АКБ. Сульфатацію електродів значною мірою можна запобігти, якщо для профілактики і відновлення працездатності засульфатованих електродів використовувати заряд АКБ реверсивним струмом. Відповідно до теорії електрохімічних процесів заряд АКБ реверсивним струмом дає можливість керувати відновними реакціями і структурними   ня транспортного засобу і контрольованого поточного опору навантаження Rн  нерівності (13) 63787 (11) E (19) UA напруги на навантаженні і зустрічної е.р.с. акумуляторної батареї. U Rкр  Rн   , при цьому рівень напруги бортової мережі транспортного засобу встановлюють як середнє значення напруги, що діє в бортовій мережі при паралельно працюючих акумуляторній батареї і трифазного випрямляча, включеного за мостовою схемою, яку використовують в генераторній установці транспортного засобу, але з врахуванням попередньо розрахованого, при е.р.с. E акумуляторної батареї з 75 % ступенем зарядки, граничного значення амплітуди е.р.с. генератора Em  , при якому виникає режим "мікроциклування", ефективність якого визначають вибором співвідношення тривалості інтервалів розрядного і зарядного струмів акумуляторній батареї з розрахунку кута   , який відповідає моменту рівності 3 змінами активного матеріалу пластин. У залежності від співвідношення абсолютних значень анодного і катодного періодів домагаються збільшення сумарної пористості і діючої поверхні пластин, полегшуються умови дифузії і вирівнювання концентрації електроліту в приелектродному шарі. Однак для десульфатації АКБ використовуються досить складні зарядні пристрої каліброваного реверсивного струму, які призначені для застосування у стаціонарних умовах і тому не можуть бути задіяні у складі автомобіля. В той же час у роботі типової автомобільної СЕП можливі різні режими роботи АКБ. У тому числі виникнення переривчастих струмів при різних співвідношеннях між амплітудою напруги генератора, е.р.с. АКБ і струмом навантаження. Звідси важливою проблемою в СЕП автомобіля є не тільки підтримка та стабілізація напруги бортової автомобільній мережі і приведення у відповідність до зарядних характеристик АКБ, а також застосування профілактичних заходів по зниженню наслідків сульфатації, що в цілому забезпечує можливість підвищення терміну експлуатації АКБ. В існуючих автомобільних СЕП використовують спосіб підтримки бортової напруги, що ґрунтується на стабілізації в заданих межах фіксованого рівня напруги визначеного заздалегідь за допомогою розрахунково-експериментальної оцінки напруги, необхідної для збереження загального енергобалансу СЕП [Дьяков В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Практ. Пособие - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа., 1991. – 160 С: ил.]. При використанні способу залишаються невирішеними проблеми, що властиві автомобільним трифазним вентильним СЕП, наприклад, низька ефективність зарядного процесу АКБ, а виникнення реверсивних струмів, так називаний режим "мікроциклування", носить випадковий, некерований характер. Спосіб підтримки рівня напруги в бортовій мережі з урахуванням формування реверсивних струмів заряду АКБ запропоновано у [Здрок А. Г. Выпрямительные устройства стабилизации напряжения и заряда аккумуляторов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 144 С; ил.]. Утім, до недоліків даного способу можна віднести відсутність прив'язки рівня напруги генераторної установки до тривалості інтервалів переривчастого струму, замість чого використовуються декілька фіксованих співвідношень між амплітудою напруги генератора, е.р.с. АКБ заздалегідь розрахованих для формування режиму "мікроциклування" у СЕП окремо обраного ТЗ. Відомий спосіб підтримки і формування напруги для заряду АКБ пульсуючими струмами [Патент RU 2180460, кл. Н01М/44 - Способ заряда свинцового аккумулятора / Дувинг В. Г. Опубл. 10.03.2002], який забезпечує високу ефективність десульфатації завдяки формуванню фіксованої середньої напруги, таким чином, що при змінах частоти проходження випрямлених імпульсів генератора забезпечується регульоване підвищення їх амплітуди. Втім даний спосіб не забезпечує необхідної стабілізації напруги бортової мережі для роботи у номінальному режимі всього електрооб 63787 4 ладнання ТЗ і тому, у силу зазначеної специфіки, неприйнятний для застосування у СЕП автомобіля. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є, вибраний як прототип, спосіб підтримки напруги в бортовій мережі ТЗ [Патент на корисну модель UA 47043 U МПК H02J 7/04. Спосіб підтримки напруги в бортовій мережі транспортного засобу / Бездєнєжних І. Б., Опубл. 26.07.2010 р, Бюл. № 14, 2010 р.]. Спосіб забезпечує регулювання напруги генератора за принципом широтноімпульсної модуляції, що поліпшує якість стабілізації напруги в бортовій мережі автомобіля, а за рахунок поточного контролю температури електроліту АКБ здійснює виконання умов термокомпенсації рівня напруги. Для покращення балансу зарядно-розрядних процесів рівень бортової напруги змінюється в залежності від ступеня зарядки АКБ і динаміки руху ТЗ. Недоліком вказаного способу підтримки є відсутність керованого використання режиму "мікроциклування" для профілактики сульфатації за рахунок реверсивних струмів зарядки. Задачею створення способу підтримки бортової напруги є підвищення терміну служби АКБ за рахунок забезпечення високої стабільності напруги бортової мережі завдяки використанню широтно-імпульсного принципу регулювання, температурної корекції для узгодження із зарядними характеристиками АКБ, оптимізації режиму зарядки за рахунок коригувань рівня напруги за наслідками прямого контролю зарядно-розрядних процесів, додаткової підзарядки АКБ у процесі гальмування автомобіля, а також запобігання негативних наслідків сульфатації АКБ у процесі експлуатації за рахунок використання реверсивних струмів зарядки. Постановлена задача вирішується тим, що в пропонованому способі підтримки напруги в бортовій мережі транспортного засобу, при якому заздалегідь вибраний рівень напруги в усіх режимах роботи системи електропостачання при зміні частоти обертів ротора генератора та електричного навантаження стабілізують в заданих межах за рахунок регулювання на заданій частоті переключення обмотки збудження генератора, з подальшим корегуванням рівня напруги на величину термокомпенсації за наслідками контролю температури електроліту, де для покращення зарядно-розрядних процесів рівень напруги бортової мережі формують за результатами визначення енерговитрат при стартерному розряді та подальшого контролю поточного зарядного струму таким чином, щоб зарядження акумуляторної батареї виконувалось за правилом "ампер-годин", а для збереження позитивного зарядного балансу за результатами контролю динаміки руху транспортного засобу при гальмуванні рівень напруги бортової мережі корегують в сторону збільшення для отримання акумуляторною батареєю додаткового заряду, який використовують в системі електропостачання при прискореннях транспортного засобу, для чого обмотку збудження генератора вимикають на період повного відбору додаткового заряду, також для врахування погіршення умов зарядного 5 63787 процесу АКБ в разі експлуатації транспортного засобу при низьких температурах рівень напруги бортової мережі не змінюють, а рекуперацію енергії гальмування здійснюють за рахунок додаткового навантаження бортової мережі електронагрівачем електроліту, де з метою запобігання негативних наслідків сульфатації АКБ у процесі експлуатації в бортовій мережі формують режим зарядки акумуляторної батареї реверсивними струмами, який здійснюють при умовах досягнення нормативного 75 % ступеня зарядки акумуляторної батареї, а також відповідності заздалегідь розR рахованого критичного опору кр системи електропостачання транспортного засобу і контрольованого поточного опору навантаження Rн  нерівності Rкр  Rн   , при цьому рівень напруги бортової мережі транспортного засобу встановлюють як середнє значення напруги, що діє в бортовій мережі при паралельно працюючих акумуляторній батареї і трифазного випрямляча, включеного за мостовою схемою, яку використовують в генераторній установці транспортного засобу, але з врахуванням попередньо розрахованого, при е.р.с. E  акумуляторної батареї з 75 %   ступенем зарядки, граничного значення амплітуди Em  , при якому виникає режим е.р.с. генератора "мікроциклування", ефективність якого визначають вибором співвідношення тривалості інтервалів розрядного і зарядного струмів акумуляторній батареї з розрахунку кута   , який відповідає моменту рівності напруги на навантаженні і зустрічної е.р.с. E  акумуляторної батареї. Суть способу підтримки напруги в бортовій мережі транспортного засобу, що заявляється, пояснюється алгоритмом його роботи (креслення). Спосіб починається з виміру струму стартерного розряду АКБ під час електростартерного пуску двигуна транспортного засобу. Зазначений процес продовжують до моменту завершення електростартерного пуску. Результати виміру заносяться в енергонезалежну пам'ять. Після завершення пуску за результатами виміру діючої напруги бортової мережі та температури електроліту формується рівень термокомпенсованої напруги генератора для узгодження із зарядними характеристиками АКБ. У процесі заряду АКБ здійснюється вимір I струму зарядки ЗАР і контроль загального ступеня заряду АКБ. Якщо ємність АКБ не досягає 75 % рівня зарядки, нове формування напруги генератора виконуI ється таким чином, щоб величина ЗАР відповідала правилу "ампер-годин", яке математично виражається: IЗАР  СР  expt  , СР де - ємність, віднята при розряді. Для врахування динаміки руху автомобіля здійснюється контроль змін швидкості автомобіля 6 - d / dt . При виявленні процесу гальмування, коли d / dt  0 , здійснюється додатковий контроль температури електроліту. Якщо температура має позитивні значення, формування напруги генератора за правилом "ампер-годин" блокується. При цьому новий підвищений рівень напруги обмежується тільки граничними значеннями зарядних характеристик АКБ. Результати визначення додаткового заряду АКБ при гальмуванні автомобіля заносяться в енергонезалежну пам'ять. Якщо температура електроліту за умовами експлуатації опуститься нижче нуля, то заряджати АКБ підвищеною напругою не має сенсу, так як зарядка в таких умовах практично відсутня. Тому більш доцільно використовувати енергію гальмування за рахунок відбору потужності генератора на підігрів електроліту, що в подальшому сприяє зарядним можливостям АКБ. Для покращення динамічних характеристик, підвищення коефіцієнта корисної дії двигуна та економії пального в разі прискорення автомобіля генератор вимикається із СЕП на період повного відбору додаткового заряду. При відсутності прискорень транспортного засобу СЕП повертається в режим підтримки номінального рівня напруги бортової мережі, характерному для буферного режиму АКБ. З метою збереження позитивного енергобалансу СЕП необхідною умовою переходу в режим "мікроциклування" є 75 % ступінь заряду АКБ, що погоджується з вимогами ОСТ37.001.052-2000. Тому, якщо у процесі контролю ступеня заряду ємність АКБ досягає 75 % рівня, і при цьому контR рольований поточний опір навантаження - н та R заздалегідь розрахований критичний опір - кр для вибраної СЕП знаходяться у відповідності до R  Rн   нерівності кр , у системі електропостачання ТЗ можливе здійснення керованого режиму "мікроциклування" АКБ. Для цього у відповідності з теорією трифазних випрямлячів, що включені за мостовою схемою, яка використовується в генераторних установках ТЗ, а також з врахуванням того, що в лінійній напрузі генератора вищі гармоніки відсутні, середнє значення напруги діючого в бортовій мережі автомобіля визначають як: 6   Ud   Em sin   E        6  , де  - кут, який визначає перехід від розрядного до зарядного струму АКБ при рівності напруг джерела і зустрічної е.р.с. АКБ -Е; Em - значення амплітуди е.р.с. генератора, при якій виникає режим "мікроциклування". З огляду на те, що ефективність десульфатації залежить від вибору оптимальних співвідношень тривалості зарядної і розрядної складових струму АКБ в умовах зміни частоти мікроциклування і навантаження особливе значення має вибір тривалості інтервалу дії зарядного струму в E / Em залежності від відношення між е.р.с. , за 7 аналогією теоретичних положень між випрямними пристроями і вентильними системами СЕП. Тому при збільшенні опору навантаження в Rкр  Rн   межах нерівності , для одержання режиму "мікроциклування" відношення між е.р.с. E / Em також буде підвищуватися. Процес мікроциклування здійснюється в продовж загального росту ємності dC / dt  0 , що відповідає вимогам ОСТ37.001.052-2000 з підтримки позитивного енергобалансу СЕП. Якщо в результаті, наприклад, змін умов експлуатації ТЗ зарядний процес сповільнюється режим "мікроциклу 63787 8 вання" блокується, а формування рівня напруги бортової мережі ТЗ виконується відповідно до правила "ампер-годин". Позитивний ефект від використання запропонованого способу полягає в підвищенні термінів експлуатації АКБ в складі ТЗ, а також підвищення розрядної напруги за рахунок кращого пророблення активної маси пластин в результаті впливу реверсивних струмів. Безумовно, що підвищена розрядна напруга АКБ якісно поліпшує електростартерний пуск двигунів внутрішнього згоряння. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 63787 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601