RU228061U1

RU228061U1 - Device for power supply of consumers of a mobile machine with an internal combustion engine

Info

Publication number: RU228061U1
Application number: RU2024113522U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Тимохин; Юрий Владимирович Сергеевичев; Александр Сергеевич Тимохин
Original assignee: Сергей Викторович Тимохин
Filing date: 2024-05-20
Publication date: 2024-08-14

Abstract

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована на мобильных машинах с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и системой электроснабжения, включающей аккумуляторную батарею (АКБ) и генераторную установку. Предложено устройство для электроснабжения потребителей мобильной машины 1 с ДВС 2, содержащее электростартерную систему пуска 3, электронную систему управления 4, АКБ 5, генераторную установку 6, замок зажигания 7, индикатор степени разряда 8 АКБ 5, потребители 9. Введены датчик 10 тока АКБ 5, микропроцессорная система управления электроснабжением 11, вход питания, информационный цифровой вход-выход и информационный вход которой соединены, соответственно, с плюсовой клеммой АКБ 5, вторым информационным выходом-входом электронной системы управления 4 и информационным выходом датчика тока 10, а первый и второй выходы микропроцессорной системы управления электроснабжением 11 подключены, соответственно, ко второму электрическому входу генераторной установки 6 и входу сигнализатора 12. Зарядное устройство 13, выход которого подключен к плюсовой клемме АКБ 5, а вход к выходу присоединительного устройства 14. 1 ил. The utility model relates to transport engineering and can be used on mobile vehicles with an internal combustion engine (ICE) and a power supply system that includes a storage battery (SBA) and a generator set. A device is proposed for power supply of consumers of a mobile machine 1 with an internal combustion engine 2, comprising an electric starter starting system 3, an electronic control system 4, a battery 5, a generator unit 6, an ignition switch 7, a discharge level indicator 8 of the battery 5, and consumers 9. A sensor 10 of the current of the battery 5, a microprocessor power supply control system 11 are introduced, the power input, the information digital input-output and the information input of which are connected, respectively, to the positive terminal of the battery 5, the second information output-input of the electronic control system 4 and the information output of the current sensor 10, and the first and second outputs of the microprocessor power supply control system 11 are connected, respectively, to the second electrical input of the generator unit 6 and the input of the alarm 12. A charger 13, the output of which is connected to the positive terminal of the battery 5, and the input to the output of the connecting device 14. 1 Fig.

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована на мобильных машинах с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и системой электроснабжения, включающей аккумуляторную батарею (АКБ) и генераторную установку.The utility model relates to transport engineering and can be used on mobile vehicles with an internal combustion engine (ICE) and a power supply system that includes a storage battery (SBA) and a generator set.

Известно устройство электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС [Пузаков А.В. Системы электроснабжения транспортных средств: учебное пособие / А.В. Пузаков. Москва; Вологда: ИнфаИнженерия, 2019, с. 12-17], содержащее АКБ и генераторную установку, выход которой связан с плюсовой клеммой АКБ, входом питания электростартерной системы пуска и входом замка зажигания, первый выход которого соединен с входом питания потребителей мобильной машины, а второй выход с входом управления электростартерной системой пуска.A device for power supply of consumers of a mobile vehicle with an internal combustion engine is known [Puzakov A.V. Power supply systems of vehicles: a tutorial / A.V. Puzakov. Moscow; Vologda: InfaInzheneriya, 2019, pp. 12-17], containing a battery and a generator unit, the output of which is connected to the positive terminal of the battery, the power input of the electric starter starting system and the input of the ignition switch, the first output of which is connected to the power input of the consumers of the mobile vehicle, and the second output to the control input of the electric starter starting system.

Недостатками данного устройства является значительный расход топлива, затрачиваемый на привод генераторной установки (до 20% от путевого расхода топлива легковым автомобилем среднего класса при движении по городу) [Чернов А.Е. Методология повышения энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств: автореф. дисс. д-р техн. наук. Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы -- Москва, 2018. - с.8], что обусловлено низкими значениями коэффициентов полезного действия ДВС (не более 0,25…0,4), генераторной установки (не более 0,5…0,6 для отечественных моделей) и низкой средней скоростью движения по городу (например 22 км/ч для Москвы).The disadvantages of this device are the significant fuel consumption spent on driving the generator set (up to 20% of the fuel consumption of a middle-class passenger car when driving in the city) [Chernov A.E. Methodology for improving the energy efficiency of electrical equipment systems of motor vehicles: Abstract of a PhD thesis. Specialty 05.09.03 - Electrical complexes and systems - Moscow, 2018. - p. 8], which is due to the low efficiency values of the internal combustion engine (no more than 0.25 ... 0.4), the generator set (no more than 0.5 ... 0.6 for domestic models) and the low average speed of movement in the city (for example, 22 km / h for Moscow).

Наиболее близким к заявленному является устройство электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС [Камаз-6560. Руководство по устройству, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. [https://kama-avtodetal.ru/tehspravochnik/kamaz-6560-rukovodstvo-po-ustrojstvu-ekspluatacii-tehnicheskomu-/sistema-oblegcheniya-puska-holodnogo-dvigatelya/], содержащее электростартерную систему пуска, механически связанную с ДВС, оснащенным электронной системой управления, АКБ и генераторную установку, выход которой связан с плюсовой клеммой АКБ, входом питания электростартерной системы пуска и входом замка зажигания, первый выход которого соединен с входом индикатора степени разрядки, входом питания электронной системы управления, первым электрическим входом генераторной установки и входами электропотребителей, а второй выход соединен с входом управления электростартерной системой пуска и информационным входом электронной системы управления.The closest to the declared one is the device for power supply of consumers of a mobile vehicle with an internal combustion engine [Kamaz-6560. Manual for the device, operation, maintenance and repair. [https://kama-avtodetal.ru/tehspravochnik/kamaz-6560-rukovodstvo-po-ustrojstvu-ekspluatacii-tehnicheskomu-/sistema-oblegcheniya-puska-holodnogo-dvigatelya/], comprising an electric starter starting system mechanically connected to an internal combustion engine equipped with an electronic control system, a battery and a generator unit, the output of which is connected to the positive terminal of the battery, the power input of the electric starter starting system and the input of the ignition switch, the first output of which is connected to the input of the discharge level indicator, the power input of the electronic control system, the first electrical input of the generator unit and the inputs of electrical consumers, and the second output is connected to the control input of the electric starter starting system and the information input of the electronic control system.

Недостатками данного устройства являются его ограниченные функциональные возможности по управлению генераторной установкой, вследствие выключения и включения цепи ее возбуждения только на время пуска ДВС, невысокая точность контроля степени разрядки АКБ по напряжению в бортовой сети, а также значительные затраты мощности ДВС и расход топлива на привод генераторной установки в процессе работы мобильной машины.The disadvantages of this device are its limited functionality for controlling the generator set, due to switching off and on of its excitation circuit only during the start-up of the internal combustion engine, low accuracy of monitoring the degree of battery discharge based on the voltage in the on-board network, as well as significant power consumption of the internal combustion engine and fuel consumption for driving the generator set during the operation of the mobile machine.

Целью настоящей полезной модели является сокращение расхода топлива мобильной машиной с ДВС, выбросов вредных веществ в атмосферу.The purpose of this utility model is to reduce fuel consumption of a mobile vehicle with an internal combustion engine and emissions of harmful substances into the atmosphere.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС, содержащее электростартерную систему пуска, механически связанную с ДВС, оснащенным электронной системой управления. АКБ и, механически связанную с ДВС, генераторную установку, выход которой связан с плюсовой клеммой АКБ, входом питания электростартерной системы пуска и входом замка зажигания, первый выход которого соединен с входом индикатора степени разрядки, входом питания электронной системы управления, с первым электрическим входом генераторной установки и входами потребителей, а второй выход замка зажигания соединен с входом управления электростартерной системой пуска и информационным входом электронной системы управления. Введены датчик тока, силовые вход и выход которого подключены, соответственно, к минусовой клемме АКБ и общему проводу (массе) системы электроснабжения мобильной машины, микропроцессорная система управления электроснабжением, вход питания, информационный цифровой вход - выход и информационный вход которой соединены, соответственно, с плюсовой клеммой АКБ, вторым информационным выходом-входом электронной системы управления и информационным выходом датчика тока, а первый и второй выходы микропроцессорной системы управления электроснабжением подключены, соответственно, ко второму электрическому входу генераторной установки и входу сигнализатора, зарядное устройство, выход которого подключен к плюсовой клемме АКБ, а вход к выходу присоединительного устройства, вход которого используется для подключения, на время зарядки АКБ, к внешнему источнику электроснабжения.The stated objective is achieved by the fact that in the power supply device for consumers of a mobile machine with an internal combustion engine, containing an electric starter starting system mechanically connected to the internal combustion engine equipped with an electronic control system. A battery and, mechanically connected to the internal combustion engine, a generator unit, the output of which is connected to the positive terminal of the battery, the power input of the electric starter starting system and the input of the ignition switch, the first output of which is connected to the input of the discharge level indicator, the power input of the electronic control system, with the first electrical input of the generator unit and the inputs of consumers, and the second output of the ignition switch is connected to the control input of the electric starter starting system and the information input of the electronic control system. A current sensor is introduced, the power input and output of which are connected, respectively, to the negative terminal of the battery and the common wire (ground) of the power supply system of the mobile machine, a microprocessor power supply control system, a power input, an information digital input - output and an information input of which are connected, respectively, to the positive terminal of the battery, a second information output-input of the electronic control system and an information output of the current sensor, and the first and second outputs of the microprocessor power supply control system are connected, respectively, to the second electrical input of the generator unit and the input of the alarm device, a charger, the output of which is connected to the positive terminal of the battery, and the input to the output of the connecting device, the input of which is used for connecting, during the battery charging, to an external power supply source.

Как вариант, устройство электроснабжения потребителей мобильной машины, отличается тем, что АКБ выполнена в виде набора из n АКБ одной марки, установленных в подходящих для этого зонах мобильной машины и электрически соединенных между собой параллельно, при этом их число n определяется по формулеAs an option, the power supply device for mobile machine consumers is distinguished by the fact that the battery is made in the form of a set of n batteries of the same brand, installed in suitable areas of the mobile machine and electrically connected to each other in parallel, while their number n is determined by the formula

n= Cт/С_АКБ,n= Cт/С _АКБ ,

где Cт - требуемая для реализации способа электроснабжения емкость АКБ, А⋅ч;where Cт is the battery capacity required to implement the power supply method, A⋅h;

С_АКБ - емкость одной АКБ набора, А⋅ч.With _battery - capacity of one battery in the set, A⋅h.

Новым в устройстве электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС является то, что она содержит датчик тока АКБ, сигнал которого используется для определения степени разрядки АКБ и контроля работоспособности генераторной установки. Микропроцессорная система управления электроснабжением мобильной машины, которая обеспечивает: автоматизацию всех процессов, и выполнена с возможностью постоянного контроля степени разрядки АКБ, путем интегрирования сигнала датчика тока (зарядки и разрядки) АКБ; выключения генераторной установки на время пуска ДВС, путем отключения цепи ее возбуждения; кратковременного включения генераторной установки после каждого пуска ДВС и, периодического, в процессе работы мобильной машины, для контроля ее работоспособности, по сигналу датчика тока, и выдачи информационного сигнала о неисправном состоянии на звуковой и/или световой сигнализатор. Ввода и контроля допустимого верхнего, и оптимального нижнего, значений степени разрядки АКБ и выдачи сигналов на выключение и включение генераторной установки, соответственно, при достижении допустимого верхнего и оптимального нижнего, значений степени разрядки АКБ. Выдачи сигнала на включение генераторной установки на время действия режима принудительного холостого хода ДВС, по информации, получаемой от электронной системы управления двигателем, контроля работоспособности генераторной установки на данном режиме и выдачи сигнала о неисправном состоянии на сигнализатор. Ручного задания режима постоянного включения генераторной установки.What is new in the power supply device for consumers of a mobile machine with an internal combustion engine is that it contains a battery current sensor, the signal from which is used to determine the degree of battery discharge and to monitor the operability of the generator set. The microprocessor power supply control system for a mobile machine, which ensures: automation of all processes, and is designed with the possibility of continuous monitoring of the degree of battery discharge, by integrating the signal from the current sensor (charging and discharging) of the battery; switching off the generator set during the start of the internal combustion engine, by disconnecting its excitation circuit; short-term switching on of the generator set after each start of the internal combustion engine and, periodically, during the operation of the mobile machine, to monitor its operability, based on the signal from the current sensor, and issuing an information signal about a faulty condition to the sound and/or light alarm. Input and monitoring of the permissible upper and optimal lower values of the degree of battery discharge and issuing signals to switch off and on the generator set, respectively, upon reaching the permissible upper and optimal lower values of the degree of battery discharge. Issuing a signal to turn on the generator set for the duration of the forced idle mode of the internal combustion engine, based on information received from the electronic engine control system, monitoring the operability of the generator set in this mode and issuing a signal about a faulty condition to the indicator. Manual setting of the constant switching on mode of the generator set.

В заявленном устройстве электроснабжения потребителей мобильной машины АКБ может быть выполнена в виде набора из n АКБ, установленных в подходящих для этого зонах мобильной машины и соединенных между собой электрически, например, параллельно, при этом их число n определяется по формулеIn the claimed device for power supply of mobile machine consumers, the battery can be made in the form of a set of n batteries installed in suitable zones of the mobile machine and connected to each other electrically, for example, in parallel, while their number n is determined by the formula

n=Cт/С_АКБ,n=Cт/С _АКБ ,

где Cт - требуемая, в течение времени рабочего процесса, емкость АКБ, А⋅ч;where Cт is the required battery capacity during the working process, A⋅h;

С_АКБ - емкость одной АКБ набора, А⋅ч,With _battery - capacity of one battery of the set, A⋅h,

что позволит обеспечить работу мобильной машины без зарядки АКБ в течение требуемого времени работы (смены, поездки).which will ensure the operation of the mobile machine without charging the battery for the required operating time (shift, trip).

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются сокращение расхода топлива мобильной машиной, оснащенной ДВС, выбросов вредных веществ в атмосферу, достигаемые за счет использования электроснабжения потребителей в основном от АКБ, заряжаемой преимущественно от внешнего источника электроснабжения, при минимальном использовании генераторной установки для зарядки АКБ и питания потребителей. Автоматический, постоянный контроль степени разрядки АКБ на всех режимах ее использования: - на стоянке мобильной машины с питанием различных потребителей (освещения и световой сигнализации, медиа комплекса), электростартерном пуске ДВС, питании потребителей на рабочих режимах, зарядки АКБ от генераторной установки и зарядного устройства с питанием от внешнего источника электроснабжения, дает оперативную информацию о ее текущем значении и возможность, при достижении допустимого, по выбранному критерию, ее верхнего значения, своевременно включить генераторную установку и осуществлять от нее питание потребителей и зарядку АКБ до перерыва в работе или до достижения оптимального нижнего значения степени разрядки АКБ.The distinctive features of the proposed device from the above-mentioned known one, the closest to it, are the reduction of fuel consumption by a mobile machine equipped with an internal combustion engine, emissions of harmful substances into the atmosphere, achieved due to the use of electricity supply to consumers mainly from the battery, charged mainly from an external power supply source, with minimal use of the generator set for charging the battery and powering consumers. Automatic, continuous monitoring of the degree of discharge of the battery in all modes of its use: - when the mobile machine is parked with power supply to various consumers (lighting and light signaling, media complex), electric starter start of the internal combustion engine, power supply to consumers in operating modes, charging the battery from the generator set and the charger with power from an external power supply source, provides operational information on its current value and the ability, upon reaching the permissible, according to the selected criterion, its upper value, to promptly turn on the generator set and carry out power supply to consumers and charging the battery from it until a break in operation or until the optimal lower value of the degree of discharge of the battery is reached.

Выключение генераторной установки на время пуска ДВС снижает нагрузку на электростартер, АКБ и запускающийся ДВС, исключает перенапряжения свечей накаливания пусковых устройств дизельных ДВС.Turning off the generator set during the start-up of the internal combustion engine reduces the load on the electric starter, battery and the starting internal combustion engine, and eliminates overvoltage of the glow plugs of the starting devices of diesel internal combustion engines.

Кратковременный, автоматический контроль работоспособности генераторной установки после пуска ДВС, предотвращает выезд мобильной машины на работу с неисправной генераторной установкой и, возможные при этом, нештатные ситуации (в случае разрядки штатной АКБ и превышении времени рабочей смены при работе с АКБ увеличенной емкости).Short-term, automatic monitoring of the generator unit's performance after starting the internal combustion engine prevents the mobile machine from going to work with a faulty generator unit and, possibly, emergency situations (in the event of a discharge of the standard battery and exceeding the working shift time when working with a battery of increased capacity).

Преимущественное питание потребителей мобильной машины с ДВС от АКБ, при выключенной генераторной установке и емкости АКБ 250…300 А⋅ч, достаточной для питания всех потребителей в течение рабочей смены (6-7 часов), частично исключает расход топлива, затрачиваемый ДВС на ее работу, который составляет до 10% от путевого расхода топлива легковым автомобилем среднего класса в условиях городского ездового цикла. Аналогичный эффект достигается при ежедневном пробеге мобильной машины со штатной АКБ емкостью 60 А⋅ч в пределах 30…60 километров (например на работу - с работы).The preferential power supply of mobile vehicle consumers with an internal combustion engine from the battery, with the generator switched off and the battery capacity of 250...300 A⋅h, sufficient to power all consumers during a work shift (6-7 hours), partially eliminates the fuel consumption spent by the internal combustion engine on its operation, which is up to 10% of the travel fuel consumption of a middle-class passenger car in urban driving conditions. A similar effect is achieved with a daily mileage of a mobile vehicle with a standard battery with a capacity of 60 A⋅h within 30...60 kilometers (for example, to and from work).

Сокращение расхода топлива обеспечивает пропорциональное уменьшение вредных выбросов в атмосферу, до 10% увеличивает ее пробег на одной заправке, а также крутящий момент и мощность, подводимую к колесам мобильной машины.Reducing fuel consumption ensures a proportional reduction in harmful emissions into the atmosphere, increases the range on one tank by up to 10%, as well as the torque and power supplied to the wheels of the mobile vehicle.

Заявленное устройство электроснабжения потребителей мобильной машины, при достижении допустимого верхнего значения степени разрядки АКБ, включает генераторную установку, которая осуществляет зарядку АКБ, до достижения заданного, оптимального значения степени разрядки, например на 5…10% меньшего допустимого, после чего, снова выключают генераторную установку. Аналогичные, повторяющиеся циклы разрядки - зарядки будут происходить до конца рабочей смены или перерыва в работе мобильной машины. Большая степень разрядки АКБ в этом, циклическом режиме работы генераторной установки, обуславливает повышенные значения зарядного тока и, соответственно, повышенный КПД генераторной установки, и, соответственно, меньший расход топлива на ее работу. Небольшая величина зарядки АКБ (5…10%) в пределах цикла, обеспечивает минимальное время работы генераторной установки и, соответственно, наименьший расход топлива, а также максимально - возможное использование, для последующей зарядки АКБ, дешевой энергией внешних источников электроснабжения.The declared device for power supply of mobile machine consumers, upon reaching the permissible upper value of the degree of discharge of the battery, switches on the generator unit, which charges the battery until reaching the specified, optimal value of the degree of discharge, for example, 5 ... 10% less than the permissible one, after which the generator unit is switched off again. Similar, repeating discharge - charge cycles will occur until the end of the work shift or a break in the operation of the mobile machine. A high degree of discharge of the battery in this cyclic mode of operation of the generator unit causes increased values of the charging current and, accordingly, increased efficiency of the generator unit, and, accordingly, lower fuel consumption for its operation. A small amount of battery charging (5 ... 10%) within the cycle ensures a minimum operating time of the generator unit and, accordingly, the lowest fuel consumption, as well as the maximum possible use of cheap energy from external power sources for subsequent charging of the battery.

Заявленное устройство электроснабжения потребителей, при достижении допустимого верхнего значения степени разрядки АКБ, выбранной исходя из условия надежного пуска ДВС в данных условиях эксплуатации (температуры окружающей среды, характеристик АКБ), включает генераторную установку и осуществляет питание от нее потребителей и зарядку АКБ. Для зимних условий эксплуатации, допустимая степень разрядки стартерной свинцово-кислотной АКБ может быть не более 30…40%, а для летних условий не более 60…70%.The declared device for power supply of consumers, upon reaching the permissible upper value of the degree of discharge of the battery, selected based on the condition of reliable starting of the internal combustion engine in the given operating conditions (ambient temperature, characteristics of the battery), turns on the generator unit and supplies power to consumers from it and charges the battery. For winter operating conditions, the permissible degree of discharge of the starter lead-acid battery may be no more than 30...40%, and for summer conditions no more than 60...70%.

В заявленном устройстве электроснабжения потребителей, допустимое верхнее значение степени разрядки АКБ может задаваться исходя из условия обеспечения наибольшего ресурса АКБ. Ресурс АКБ определяется в основном их типом, а также заявленным числом разрядно-зарядных циклов и их параметрами. Для современных, кальциевых стартерных свинцово - кислотных АКБ важным параметром цикла является степень (глубина) разрядки. Для летних условий эксплуатации допустимая степень разрядки свинцово-кислотной АКБ, обеспечивающая ее максимальный ресурс, должна быть не более 60…70%. Отдельные модификации литий-ионных АКБ допускают более глубокую степень разрядки.In the declared device for power supply of consumers, the permissible upper value of the degree of discharge of the battery can be set based on the condition of ensuring the greatest resource of the battery. The resource of the battery is determined mainly by their type, as well as the declared number of discharge-charge cycles and their parameters. For modern calcium starter lead-acid batteries, an important parameter of the cycle is the degree (depth) of discharge. For summer operating conditions, the permissible degree of discharge of a lead-acid battery, ensuring its maximum resource, should be no more than 60 ... 70%. Some modifications of lithium-ion batteries allow a deeper degree of discharge.

В связи с изложенным, в память микропроцессорной системы управления электроснабжением, вводят соответствующие значения степени разрядки используемой АКБ, после достижения которой, она включает генераторную установку.In connection with the above, the corresponding values of the degree of discharge of the used battery are entered into the memory of the microprocessor power supply control system, after reaching which it turns on the generator unit.

Эффективность устройства электроснабжения потребителей, дополнительно повышается за счет рекуперации энергии торможения мобильной машины генераторной установкой, которую оно автоматически включает на время действия режима принудительного холостого хода ДВС (торможения мобильной машины моментами сопротивления ДВС, с выключенной подачей топлива и кинематически связанной с ним генераторной установки) и выключает, при его завершении. Помимо этого, во время режима принудительного холостого хода ДВС, дополнительно контролируется работоспособность генераторной установки и, при отрицательном результате контроля, формируется информационный сигнал водителю, что повышает надежность реализуемого способа электроснабжения.The efficiency of the power supply device for consumers is further increased by the recuperation of braking energy from the mobile machine by the generator unit, which it automatically turns on for the duration of the forced idle mode of the internal combustion engine (braking of a mobile machine by the moments of resistance of the internal combustion engine, with the fuel supply and the generator unit kinematically connected to it turned off) and turns off when it is completed. In addition, during forced idle mode of the internal combustion engine, the operability of the generator unit is additionally monitored and, if the monitoring result is negative, an information signal is generated for the driver, which increases the reliability of the implemented method of power supply.

В процессе работы мобильной машины устройство электроснабжения потребителей мобильной машины периодически, кратковременно включает генераторную установку, контролирует ее работоспособность и, при отрицательном результате контроля, формирует информационный сигнал водителю. Это позволяет своевременно обнаружить неисправности генераторной установки, например, износ щеток, обрыв приводного ремня, неисправности подшипников и принять соответствующие меры (как вариант - заехать на ремонт генераторной установки и/или на зарядку АКБ от внешнего источника электроснабжения).During the operation of the mobile machine, the power supply device of the mobile machine consumers periodically briefly switches on the generator unit, monitors its operability and, if the monitoring result is negative, generates an information signal to the driver. This allows for timely detection of generator unit faults, such as brush wear, drive belt breakage, bearing faults, and taking appropriate measures (as an option - to call in for repairs of the generator unit and/or to charge the battery from an external power supply source).

Во время перерывов в работе мобильной машины (обеденного, технологического, пересменки, ночной стоянки), осуществляют зарядку АКБ от внешнего, например, сетевого источника электроснабжения, (промышленной или бытовой сети электроснабжения, сети получающей электроэнергию от автономных ветро- и гидрогенераторов, солнечных панелей, с отпускной стоимостью 1кВт⋅ч меньшей его стоимости при выработке генераторной установкой мобильной машины с ДВС), с использованием соответствующего, встроенного зарядного устройства, путем подключения его входа через присоединительного устройство к внешнему источнику электроснабжения (например, стандартной одно или трехфазной сети переменного тока).During breaks in the operation of the mobile machine (lunch, technological, shift change, overnight parking), the battery is charged from an external, for example, network power supply source (industrial or household power supply network, network receiving electric power from autonomous wind and hydro generators, solar panels, with a selling price of 1 kW⋅h less than its cost when generated by the generator unit of a mobile machine with an internal combustion engine), using the appropriate built-in charger, by connecting its input through a connecting device to an external power supply source (for example, a standard single- or three-phase AC network).

При необходимости круглосуточной эксплуатации мобильной машины, во время пересменки (очередной смены водителя), заменяют разряженную АКБ на ранее заряженную от внешнего, например, сетевого источника электроснабжения. Процесс замены АКБ занимает не более 5…10 минут, при этом разряженная АКБ ставится на зарядку от внешнего, например, сетевого источника электроснабжения.If it is necessary to operate a mobile vehicle around the clock, during a shift change (another driver change), the discharged battery is replaced with a previously charged one from an external, for example, network power supply. The battery replacement process takes no more than 5...10 minutes, while the discharged battery is put on charge from an external, for example, network power supply.

На фиг. 1 показана комбинированная схема устройства для электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС.Fig. 1 shows a combined circuit diagram of a device for supplying electricity to consumers of a mobile vehicle with an internal combustion engine.

Устройство для электроснабжения потребителей мобильной машины 1 с ДВС 2 (фиг. 1) содержит электростартерную систему пуска 3, механически связанную с ДВС 2, оснащенным электронной системой управления 4, АКБ 5 и, механически связанную с ДВС 2, генераторную установку 6, выход которой связан с плюсовой клеммой АКБ 5, входом питания электростартерной системы пуска 3 и входом замка зажигания 7. Первый выход замка зажигания 7 соединен с входом индикатора 8 степени разрядки АКБ 5, входом питания электронной системы управления 4, первым электрическим входом генераторной установки 6 и входами потребителей 9, а второй выход замка зажигания 8 соединен с входом управления электростартерной системой пуска 3 и информационным входом электронной системы управления 4. Датчик тока 10, силовые вход и выход, которого подсоединены, соответственно, к минусовой клемме АКБ 5 и общему проводу (массе) системы электроснабжения мобильной машины 1. Микропроцессорную систему управления электроснабжением 11, вход питания, информационный, цифровой вход - выход и первый вход которой соединены, соответственно, с плюсовой клеммой АКБ 5, информационным выходом-входом электронной системы управления двигателем 4, и информационным выходом датчика тока 10, а первый и второй выходы микропроцессорной системы управления электроснабжением 11 подключены, соответственно, ко второму электрическому входу генераторной установки 6 и входу сигнализатора 12. Зарядное устройство 13, выход которого подключен к плюсовой клемме АКБ 5, а вход к выходу присоединительного устройства 14, вход которого предназначен для подключения, на время зарядки АКБ 5, к внешнему, например, сетевому источнику электроснабжения. Минусовые клеммы ДВС 2, электростартерной системы пуска 3, электронной системы управления 4, генераторной установки 6, индикатора степени разрядки 8, потребителей 9, МСУЭ 11, сигнализатора 12 и зарядного устройства 13 подключены к общему проводу (массе) системы электроснабжения потребителей мобильной машины 1.A device for supplying power to consumers of a mobile machine 1 with an internal combustion engine 2 (Fig. 1) comprises an electric starter starting system 3 mechanically connected to the internal combustion engine 2 equipped with an electronic control system 4, a battery 5, and a generator unit 6 mechanically connected to the internal combustion engine 2, the output of which is connected to the positive terminal of the battery 5, the power input of the electric starter starting system 3, and the input of the ignition switch 7. The first output of the ignition switch 7 is connected to the input of the indicator 8 of the degree of discharge of the battery 5, the power input of the electronic control system 4, the first electrical input of the generator unit 6, and the inputs of consumers 9, and the second output of the ignition switch 8 is connected to the control input of the electric starter starting system 3 and the information input of the electronic control system 4. A current sensor 10, the power input and output of which are connected, respectively, to the negative terminal of the battery 5 and the common wire (ground) of the power supply system of the mobile machine 1. A microprocessor power supply control system 11, the power input, the information, the digital input-output and the first input of which are connected, respectively, to the positive terminal of the battery 5, the information output-input of the electronic engine control system 4, and the information output of the current sensor 10, and the first and second outputs of the microprocessor power supply control system 11 are connected, respectively, to the second electrical input of the generator unit 6 and the input of the alarm 12. The charger 13, the output of which is connected to the positive terminal of the battery 5, and the input to the output of the connecting device 14, the input of which is intended for connection, during the charging of the battery 5, to an external, for example, network power supply source. The negative terminals of the internal combustion engine 2, the electric starter system 3, the electronic control system 4, the generator 6, the discharge level indicator 8, the consumers 9, the MSUE 11, the signaling device 12 and the charging device 13 are connected to the common wire (ground) of the power supply system of the consumers of the mobile machine 1.

Микропроцессорная система управления электроснабжением 11 (МСУЭ 11) может быть выполнена в виде малогабаритного блока, размещенного в салоне (кабине) мобильной машины, с панелью управления, разъемами для подключения входных и выходных цепей, программирования микроконтроллера. Внутри корпуса размещается плата с элементами и сигнализатор.The microprocessor power supply control system 11 (MSUE 11) can be implemented as a small-sized unit, placed in the passenger compartment (cabin) of a mobile machine, with a control panel, connectors for connecting input and output circuits, programming the microcontroller. Inside the case there is a board with elements and an alarm.

Датчик 10 тока АКБ 5 может быть выполнен в виде стандартного измерительного шунта (75 мВ) на ток, соответствующий среднему току потребителей мобильной машины (75…100 А) мобильной машины 1, включенного в цепь минусового провода АКБ. Кратковременное (2…10 секунд) повышение среднего тока при электростартерном пуске ДВС, до 200…400 А, с падением напряжения на шунте 0,15…0,3 В, является допустимым для шунта и цепей электростартерного пуска мобильных машин.The sensor 10 of the current of the battery 5 can be made in the form of a standard measuring shunt (75 mV) for a current corresponding to the average current of the mobile machine consumers (75...100 A) of the mobile machine 1, included in the circuit of the negative wire of the battery. A short-term (2...10 seconds) increase in the average current during electric starter starting of the internal combustion engine, up to 200...400 A, with a voltage drop on the shunt of 0.15...0.3 V, is permissible for the shunt and electric starter starting circuits of mobile machines.

В качестве встроенного зарядного устройства может быть использовано серийное интеллектуальное, предпочтительно инверторное зарядное устройство, с требуемым выходным током и напряжением, питанием от сети переменного тока 220/380 В, устанавливаемое в удобном месте мобильной машины.A serial intelligent charger, preferably an inverter charger, with the required output current and voltage, powered by a 220/380 V AC network, installed in a convenient location of the mobile machine can be used as a built-in charger.

В качестве присоединительного устройства может быть использован встроенный типовой удлинитель с требуемыми длиной, сечением жил провода и рабочим напряжением, оснащенный вилкой для подключения к внешнему источнику электроснабжения и розеткой, для подключения зарядного устройства.A built-in standard extension cord with the required length, wire cross-section and operating voltage, equipped with a plug for connection to an external power source and a socket for connecting a charger, can be used as a connecting device.

Работа системы электроснабжения потребителей мобильной машины с ДВС осуществляется следующим образом.The operation of the power supply system for consumers of a mobile vehicle with an internal combustion engine is carried out as follows.

Перед началом использования устройства электроснабжения мобильной машины 1 проводят программирование МСУЭ 11, обеспечивающее ее работу с выполнением всех предусмотренных функций. Например, в её память, кнопками панели управления вводят, допустимые по выбранным критериям, значения верхней и оптимальной нижней степеней разрядки примененной АКБ 5, с учетом условий ее эксплуатации.Before using the power supply device of the mobile machine 1, the MSUE 11 is programmed to ensure its operation with the execution of all the provided functions. For example, the values of the upper and optimal lower degrees of discharge of the used battery 5, acceptable according to the selected criteria, are entered into its memory using the control panel buttons, taking into account the conditions of its operation.

Перед началом односменной работы мобильной машины 1 (например, во время ночной стоянки), устройство электроснабжения подключают к внешнему источнику электроснабжения (промышленной или бытовой сети электроснабжения переменного тока, сети получающей электроэнергию от автономных ветро- и гидрогенераторов, со стоимостью 1 кВт⋅ч, меньшей его стоимости при выработке генераторной установкой 6 мобильной машины 1 с ДВС 2), с использованием присоединительного устройства 14. При этом начинает работу встроенное зарядное устройство 13, предпочтительно интеллектуальное, и заряжает АКБ предпочтительно до полной степени зарядки и, соответственно нулевой степени разрядки. При этом МСУЭ 11, работая в дежурном режиме, по сигналу датчика тока 10, вычислит фактическое значение полученного суммарного заряда АКБ 5 и степень ее разрядки, которая будет определена МСУЭ 11, как начальная.Before the start of a single-shift operation of the mobile machine 1 (for example, during an overnight stop), the power supply device is connected to an external power supply source (an industrial or household AC power supply network, a network receiving electric power from autonomous wind and hydroelectric generators, with a cost of 1 kW⋅h less than its cost when generated by the generator unit 6 of the mobile machine 1 with the internal combustion engine 2), using the connecting device 14. In this case, the built-in charger 13, preferably an intelligent one, starts working and charges the battery preferably to a full charge level and, accordingly, to a zero discharge level. In this case, the MSUE 11, operating in the standby mode, based on the signal from the current sensor 10, will calculate the actual value of the obtained total charge of the battery 5 and the degree of its discharge, which will be determined by the MSUE 11 as the initial one.

При включении замка зажигания 7 в положение «Зажигание», подается напряжение на его первый выход и далее на вход индикатора степени разрядки 8 АКБ 5, потребители 9, первый вход генераторной установки 6, и вход питания электронной системы управления 4, с информационного выхода - входа которой поступит команда на информационный вход - выход МСУЭ 12, на ее переключение из дежурного в рабочий режим. Далее, переводят замок зажигания 7 в положение «Пуск». При этом подается напряжение на его второй выход и далее на вход управления электростартерной системой пуска 3 и вход электронной системы управления 4, с информационного, цифрового выхода - входа которой информация о режиме пуска ДВС по двунаправленной (K-line) шине данных поступит на информационный вход - выход МСУЭ 11, которая сформирует соответствующий выходной сигнал и выключит цепь возбуждения генераторной установки 6, а электростартерная система пуска 3 включится и произведет пуск ДВС 2.When the ignition switch 7 is turned to the "Ignition" position, voltage is supplied to its first output and then to the input of the discharge level indicator 8 of the battery 5, consumers 9, the first input of the generator set 6, and the power input of the electronic control system 4, from the information output - the input of which a command will be sent to the information input - the output of the electronic control system 12, to switch it from the standby to the operating mode. Next, the ignition switch 7 is turned to the "Start" position. In this case, voltage is supplied to its second output and then to the control input of the electric starter starting system 3 and the input of the electronic control system 4, from the information, digital output - the input of which information about the ICE starting mode via the bidirectional (K-line) data bus will be sent to the information input - the output of the electronic control system 11, which will form the corresponding output signal and turn off the excitation circuit of the generator set 6, and the electric starter starting system 3 will turn on and start the ICE 2.

Вследствие выключения (разрыва цепи) обмотки возбуждения МСУЭ 11 и, соответственно, отсутствия тока возбуждения, штатная лампа - сигнализатор (на фиг. 1 не показана) работы генераторной установки 6, с питанием обмотки возбуждения от дополнительного выпрямителя, во время пуска, а также в процессе дальнейшей работы мобильной машины с выключенной генераторной установкой, светиться не будет.Due to the switching off (break in the circuit) of the excitation winding of the MSUE 11 and, accordingly, the absence of excitation current, the standard indicator lamp (not shown in Fig. 1) of the operation of the generator unit 6, with the excitation winding powered by an additional rectifier, will not light during start-up, as well as during further operation of the mobile machine with the generator unit switched off.

После пуска ДВС 2, с некоторой разрядкой АКБ 5 током электростартера и других потребителей (систем управления топливоподачей, зажиганием и др.), МСУЭ 11, получит информацию о работе ДВС 2 по двунаправленной K-line шине с электронной системы управления 4 и, кратковременно, на несколько секунд, включит генераторную установку 6 и проведет контроль ее работоспособности (наличие процесса зарядки АКБ 5), например, по сигналу датчика тока 10. При отрицательном результате контроля, МСУЭ 11 выдаёт сигнал на включение сигнализатора 12. При положительном результате контроля, МСУЭ 11 выключит генераторную установку 6.After starting ICE 2, with some discharge of battery 5 by the electric starter current and other consumers (fuel supply control systems, ignition, etc.), MSUE 11 will receive information about the operation of ICE 2 via the bidirectional K-line bus from the electronic control system 4 and, briefly, for several seconds, will turn on generator unit 6 and check its operability (the presence of the charging process of battery 5), for example, according to the signal from current sensor 10. If the control result is negative, MSUE 11 issues a signal to turn on indicator 12. If the control result is positive, MSUE 11 will turn off generator unit 6.

В процессе работы мобильной машины 1, водитель визуально контролирует по показаниям индикатора 8 (вольтметра) степень разрядки АКБ 5. При достижении допустимого верхнего значения степени разрядки АКБ 5, выбранной исходя из условия надежного пуска ДВС 2 в данных условиях эксплуатации или обеспечения максимального ресурса АКБ 5 (количества разрядно-зарядных циклов), МСУЭ 11 автоматически включит генераторную установку 6, путем включения ее возбуждения и, далее устройство электроснабжения будет работать в штатном режиме, с преимущественным питанием всех потребителей и зарядкой АКБ 5 от генераторной установки 6. Зарядку АКБ 5 осуществляют до некоторого оптимального нижнего значения степени разрядки (например, уменьшают ее на 5…10%), после достижения которого, МСУЭ 11 снова отключит генераторную установку 6 и аналогичные циклы разрядки - зарядки будут повторяться до окончания рабочей смены мобильной машины или до перерыва в работе, с последующей зарядкой АКБ 5 от внешнего источника электроснабжения.During operation of mobile machine 1, the driver visually monitors the degree of discharge of battery 5 using the readings of indicator 8 (voltmeter). Upon reaching the permissible upper value of the degree of discharge of battery 5, selected based on the condition of reliable starting of ICE 2 under given operating conditions or ensuring the maximum resource of battery 5 (number of discharge-charge cycles), MSUE 11 will automatically turn on generator unit 6 by turning on its excitation and then the power supply device will operate in the normal mode, with preferential power supply to all consumers and charging of battery 5 from generator unit 6. Battery 5 is charged to a certain optimal lower value of the degree of discharge (for example, it is reduced by 5 ... 10%), after reaching which, MSUE 11 will again turn off generator unit 6 and similar discharge - charge cycles will be repeated until the end of the work shift of the mobile machine or until a break in operation, with subsequent charging of battery 5 from an external power supply source.

При отсутствии возможности зарядки АКБ от внешнего источника электроснабжения, низких температурах окружающей среды и/или пониженных характеристиках АКБ 5, водитель, соответствующим переключателем на панели управления МСУЭ 11, может включить штатный режим работы системы электроснабжения потребителей мобильной машины, с постоянно включенным возбуждением генераторной установки.If there is no possibility of charging the battery from an external power source, low ambient temperatures and/or reduced characteristics of the battery 5, the driver, using the corresponding switch on the control panel of the MSUE 11, can turn on the normal operating mode of the power supply system of the mobile machine consumers, with the excitation of the generator set constantly turned on.

В процессе работы мобильной машины 1 и возникновении режима принудительного холостого хода ДВС 2, информацию о его начале и окончании МСУЭ 11 получает по двунаправленной шине данных от электронной системы управления 4. В начале режима МСУЭ 11 подает сигнал на второй электрический вход генераторной установки 6, для её возбуждения, контролирует ее работоспособность и при отрицательном результате контроля, формирует информационный сигнал водителю, поступающий на сигнализатор 12. По окончании режима холостого хода ДВС 2, МСУЭ 11 выключает возбуждение генераторной установки 6.During the operation of the mobile machine 1 and the occurrence of the forced idle mode of the internal combustion engine 2, the MSUE 11 receives information about its beginning and end via the bidirectional data bus from the electronic control system 4. At the beginning of the mode, the MSUE 11 sends a signal to the second electrical input of the generator unit 6, for its excitation, monitors its operability and, if the result of the monitoring is negative, generates an information signal to the driver, which is sent to the signaling device 12. Upon completion of the idle mode of the internal combustion engine 2, the MSUE 11 switches off the excitation of the generator unit 6.

Зарядку АКБ 5 проводят без снятия ее с мобильной машины 1 от встроенного зарядного устройства 13 с питанием через присоединительное устройство 14 от внешнего источника электроснабжения (бытовой или промышленной сети электроснабжения и других источников с тарифом, меньшим, чем затраты на зарядку АКБ 5 от генераторной установки 6 мобильной машины 1).The battery 5 is charged without removing it from the mobile machine 1 from the built-in charger 13 with power supply through the connecting device 14 from an external power supply source (a household or industrial power supply network and other sources with a tariff lower than the cost of charging the battery 5 from the generator unit 6 of the mobile machine 1).

При использовании свинцово-кислотных АКБ 5, их напряжение в процессе разряда существенно снижается, поэтому, питание электропотребителей 9 мобильной машины 1, критичных к напряжению питания, (например осветительных приборов с лампами накаливания, электродвигателей привода вспомогательного оборудования), может осуществляться через DC-DC повышающие преобразователи со стабилизированным выходным напряжением [1, с. 32,33].When using lead-acid batteries 5, their voltage during the discharge process is significantly reduced, therefore, the power supply of electrical consumers 9 of the mobile machine 1, which are critical to the supply voltage (for example, lighting devices with incandescent lamps, electric motors for driving auxiliary equipment), can be carried out through DC-DC step-up converters with a stabilized output voltage [1, pp. 32,33].

Для повышения надежности пуска ДВС 2 в холодное время года могут применяться автономные пусковые бустеры, например, конденсаторные, подключаемые на время пуска к соответствующим клеммам АКБ, электростартера или присоединительному устройству (розетке для внешнего питания системы пуска ДВС) [1, с. 60-61].To increase the reliability of starting the ICE 2 in the cold season, autonomous starting boosters can be used, for example, capacitor ones, connected during starting to the corresponding terminals of the battery, electric starter or connecting device (socket for external power supply of the ICE starting system) [1, pp. 60-61].

Для повышения надежности пуска ДВС и эффективности заявленного устройства электроснабжения, возможно использование двух АКБ разных типов. В качестве первой используется штатная АКБ мобильной машины, для питания электростартера большим током (до 500…800 А), в качестве второй - дополнительная, предназначенная для питания остальных потребителей мобильной машины с током 25…100 А, с большой удельной емкостью и сроком службы (например, герметичные тяговые АКБ типа AGM и литий - ионные). Такое решение упрощает размещение дополнительных АКБ, уменьшает сечение соединительных проводов [1, c. 33-35].To increase the reliability of starting the internal combustion engine and the efficiency of the declared power supply device, it is possible to use two different types of batteries. The first is the standard battery of the mobile vehicle, for powering the electric starter with a high current (up to 500...800 A), the second is an additional one, designed to power other consumers of the mobile vehicle with a current of 25...100 A, with a high specific capacity and service life (for example, sealed traction batteries of the AGM type and lithium-ion). This solution simplifies the placement of additional batteries, reduces the cross-section of connecting wires [1, pp. 33-35].

Использованные источникиSources Used

1. Пузаков А.В. Системы электроснабжения транспортных средств: учебное пособие / А.В. Пузаков. Москва; Вологда: ИнфаИнженерия, 2019. - 228с.1. Puzakov A.V. Power supply systems of vehicles: a tutorial / A.V. Puzakov. Moscow; Vologda: InfaInzheneriya, 2019. - 228 p.

Claims

A device for supplying power to consumers of a mobile machine (1) with an internal combustion engine (2), comprising an electric starter starting system (3) mechanically connected to the internal combustion engine (2) equipped with an electronic control system (4), a battery (5) and a generator unit (6) mechanically connected to the internal combustion engine (2), the output of which is connected to the positive terminal of the battery (5), the power input of the electric starter starting system (3) and the input of the ignition switch (7), the first output of which is connected to the input of the indicator (8) of the degree of discharge of the battery (5), the power input of the electronic control system (4), the first electrical input of the generator unit (6) and the inputs of consumers (9), and the second output of the ignition switch (8) is connected to the control input of the electric starter starting system (3) and the information input of the electronic control system (4), characterized in that a current sensor (10) is introduced, the power input and output of which are connected, respectively, to the negative terminal of the battery (5) and the common wire of the power supply system of the mobile machine (1), a microprocessor control system power supply (11), the power input, the information digital input-output and the information input of which are connected, respectively, to the positive terminal of the battery (5), the second information output-input of the electronic control system (4) and the information output of the current sensor (10), and the first and second outputs of the microprocessor power supply control system (11) are connected, respectively, to the second electrical input of the generator set (6) and the input of the alarm device (12), the charger (13), the output of which is connected to the positive terminal of the battery (5), and the input to the output of the connecting device (14), the input of which is used to connect, during the charging of the battery, to an external power supply source.