Утепление и обогрев батарей

При эксплуатации автомобиля в холодных климатических районах должны быть приняты специальные меры для поддержания благоприятного температурного режима аккумуляторной батареи. При низких температурах окружающего воздуха их необходимо утеплять или обогревать, что осуществляется различными способами.

Частично решением проблемы сохранения высокой температуры батареи является размещение ее в утепленном отсеке (контейнере), имеющем двойные стенки, пространство между которыми заполняется войлоком, поролоном или каким-либо другим теплоизоляционным материалом.

Теплоемкость аккумуляторной батареи достаточно высока, поэтому при помещении ее в контейнер с теплоизолированными стенками, скорость падения температуры электролита будет настолько мала, что батарея сохранит работоспособность после межсменной стоянки автомобиля на открытой площадке в течение 10-12 ч при температуре окружающего воздуха до -50°С. При таком способе утепления температура электролита в батарее практически не падает ниже 0 ⁰С за 10-12 ч работы машины при температуре воздуха ‑40 ⁰С.

При толщине теплоизолирующего слоя пенопласта в 20 мм показатели стартерного разряда после суточной стоянки автомобиля в 4 раза выше по сравнению с не утепленными батареями. Эффективность утепления батареи тем выше, чем больше толщина теплоизолирующего материала. При движении автомобиля температура под капотом в местах установки батарей находится в пределах 20-40 ⁰С. При длительном движении или стоянке автомобиля с изменением температуры окружающего воздуха изменяется температура электролита аккумуляторной батареи. Вследствие высокой теплоемкости электролита и малой теплопроводности материала моноблоков температура электролита в течение суток меняется меньше, чем температура окружающей среды. При длительной стоянке автомобиля среднесуточные температуры батареи и окружающей среды обычно равны.

Для нормальной работы батареи при наружной установке недостаточно одного утепления с помощью контейнера. Необходим обогрев батареи.

Можно применять жидкостные подогреватели одновременно для подогрева холодного двигателя и батареи. Теплая жидкость, поступающая от установленного на двигателе подогревателя, проходит через металлический короб, так называемую «грелку», размещенную под батареей или через змеевик, вмонтированный в нижнюю часть теплоизолирующего ящика, в котором установлена батарея.

Ящик или контейнер, в котором размещаются батареи, можно обогревать при помощи отработавших газов или с использованием теплоты жидкости из системы охлаждения двигателя. Преимуществом подогрева батарей с использованием отработавших газов и жидкости из системы охлаждения является простота регулирования количества подводимой теплоты. Подогрев батареи, установленной в кабине машины под сиденьем, можно осуществлять теплым воздухом из системы отопления кабины или обдува ветровых стекол. Преимущество этих методов состоит в том, что обогрев происходит не только в период предпускового подогрева, но и во время движения автомобиля. Однако такой обогрев недостаточно эффективен в период пуска, так как теплопроводность моноблока батареи мала, а теплоотдача газа значительно меньше, чем теплоотдача жидкости. Примеры графика изменения температуры электролита и окружающей среды приведены на рис. 1.

Рис. 1. Изменение температуры электролита t_ЭЛ неутепленной аккумуляторной батареи: а – при движении автомобиля; б – при стоянке автомобиля

1. Температура окружающего воздуха. 2. Температура электролита

При размещении батарей в теплозащитных или обогреваемых контейнерах необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию, чтобы избежать взрыва водородно-воздушной смеси. Взрывоопасна уже 4 %-я концентрация водорода в воздухе, а количество выделяемого водорода при саморазряде в период бездействия батареи составляет 0,07 см³/мин на 1 А-ч, тогда как при работе в режиме циклирования во время движения автомобиля оно может возрасти до 0,6 см³/ мин на 1 А-ч.

Электронагреватели эффективны при установке внутри аккумуляторной батареи между дном ее моноблока и опорными призмами. Нагреватель представляет собой изолированный кислотостойким материалом нихромовый провод. При мощности 0,6 кВт электронагреватель повышает температуру электролита на 40-50 ⁰С за 1,5 ч. Подогрев с помощью электронагревательных элементов НГТФ-100 применен, например, в аккумуляторных батареях 6СТ‑190ТРН. Нагреватели выполнены в виде графитизированных волокон с фторопластовой изоляцией, плотно прилегающих к стенкам моноблока. Они обеспечивают подогрев и поддержание теплового состояния батареи на уровне, необходимом для удовлетворительной работы при температурах окружающей среды от -25 до -40 ⁰С. Электронагреватели получают питание от постороннего источника тока напряжением 20 В. Потребляемая мощность превышает 600 Вт. С помощью термовыключателя, размещенного в одном из аккумуляторов, нагревательные элементы включаются в работу автоматически. Температура электролита повышается, и разрядные характеристики улучшаются с увеличением мощности подогрева.

Перспективно использование в батареях гибких электронагревателей пленочного типа, которые с помощью специальной пасты закрепляют на дне и боковых стенках моноблока. Собранная батарея устанавливается в пластмассовый бак. Толщина стенок бака в 1,5-3 раза больше, чем у стенок моноблока. Верхняя часть бака сваривается со специальным бортиком по контуру моноблока. Полость между стенками наружного бака и нагревателя заполняют быстротвердеющим составом, который после установки моноблока батареи в бак заполняет зазоры и через 2-3 мин превращается в твердое пористое вещество. Такие электронагреватели применены в необслуживаемой батарее 6СТ-11ОН. Они показали высокую эффективность своего использования в условиях низких температур до -50 ⁰С.