Параллельная работа генератора и аккумуляторной батареи. Зарядный баланс

На автомобиле генератор и аккумуляторная батарея включены параллельно и работают совместно, дополняя друг друга в зависи­мости от нагрузки.

Основным источником электроэнергии является генератор, кото­рый при работе обеспечивает электропитание всех потребителей и заряд батареи. При неработающем двигателе электропитание осуществляется от батареи. При работе автомобиля возможен режим, когда мощность под­ключенных потребителей пре­вышает мощность, развивае­мую генератором. В этом слу­чае недостающую мощность компенсирует батарея, работая параллельно с генератором.

Рис. 1.44. Схема совместной работы генератора переменного тока с аккумуляторной батареей

Применявшиеся ранее ге­нераторы постоянного тока на холостом ходу двигателя не обеспечивали потребители электроэнергией, и в этом режиме ис­точником являлась аккумуляторная батарея, что отрицательно ска­зывалось на степени ее заряженности. В соответствии с сущест­вующими требованиями на холостом ходу двигателя генератор должен обеспечивать питание системы зажигания, приборов, габа­ритных и номерных фонарей и отопителя при малой частоте вра­щения его вентилятора для автомобилей особо малого класса и грузовых автомобилей, а для автомобилей среднего класса добав­ляется обогреватель стекла на половинной мощности, для автобу­сов - плафоны внутреннего освещения.

Поскольку на современных автомобилях устанавливают генера­торы переменного тока, будем рассматривать работу аккумулятор­ной батареи только с такими генераторами (рис. 1.44). Характери­стики совместной работы зависят от режима работы двигателя и от нагрузки.

При номинальной частоте вращения генератора анализ совме­стной работы в зависимости от нагрузки целесообразно прово­дить графическим методом, совмещая внешнюю характеристику генератора 1/_г(/_г) при n_r = const и зарядно-разрядную характери­стику батареи Щ/б) (рис. 1.45). Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем, т. е. допускаем, что напряжения на гене­раторе и батарее равны (U_r ~ Ife). В зависимости от нагрузки при параллельной работе возможны следующие характерные случаи (см. рис. 1.44).

Нагрузка отсутствует и весь ток, вырабатываемый генератором, идет на заряд батареи; /г = /бз (точка 1, см. рис. 1.45).

Нагрузка включена, напряжение генератора равно регулируемому Ur = 1/рег- Ток генератора идет на заряд батареи и питание нагрузки /г = /бз + /н (точка 2).

Рис. 1.45. Анализ совместной работы генератора и аккумуляторной батареи по внешним характеристикам генератора и зарядно-разрядной характеристике батареи

 

Возрастание нагрузки приводит к тому, что напряжение генератора становится ниже регулируемого, но оно остается выше ЭДС батареи Е6 < 1/ген < Uper (точка 3). В этом случае также генератор питает нагрузку и заряжает батарею: /г = /б3 + /н. но зарядный ток уменьшается. Нагрузка возросла до значения, при котором UT = Еб. При этом весь ток генератора идет в нагрузку. Ток заряда отсутствует: /г = I», /бз = 0 (точка 4).

Дальнейшее возрастание нагрузки приводит к тому, что напряжение генератора становится ниже ЭДС батареи, и она питает нагрузку совместно с генератором: /н = /г + /бр (точка 5).

При учете падения напряжения в соединительных проводах между генератором и батареей напряжение генератора будет линейно уменьшаться с увеличением тока генератора, что приведет к разряду батареи при напряжении генератора большем, чем ЭДС батареи. Поэтому в эксплуатации необходимо следить за состоянием соединительных проводов и их клеммных соединений.

Зарядный ток батареи можно также увеличить или уменьшить за счет изменения регулируемого напряжения. Факторы, приводящие к увеличению внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи (понижение температуры, увеличение износа батареи, уменьшение емкости), приводят к уменьшению зарядного тока, так как зарядная характеристика при этом будет изменяться более круто.

Из приведенного анализа совместной работы двух источников электроэнергии автомобиля ясно, что существуют режимы, когда аккумуляторная батарея отдает накопленную энергию потребителям; в то же время она восстанавливает ее, когда генератор обеспечивает подзаряд батареи.

Интенсивность этого подзаряда зависит от частоты вращения генератора и тока нагрузки. При этом мощность установленного генератора должна быть такой, чтобы был обеспечен положи­тельный зарядный баланс аккумуляторной батареи, т. е. коли­чество электричества, полученное при заряде, должно полно­стью компенсировать количество электричества, отданное при разряде.

Необходимая мощность генератора при этом

Р = U I

где U_H - номинальное напряжение (14 или 28 В); /_гтах - требуемый максимальный ток генератора.

Сила тока /_гтах зависит от числа потребителей и режима движе­ния автомобиля. Для легковых автомобилей /_гтах = 1,15/_н, а для гру­зовых /_гтах = 1,25/_н, где /_н - расчетный ток нагрузки от потребителей, определяемый для режима движения по шоссе ночью зимой.

Найденные значения тока и мощности генератора являются ми­нимальными значениями, обеспечивающими при езде по шоссе ночью зимой практически нулевой баланс электроэнергии, т.е. та­кой баланс, при котором степень заряженности батареи сохраняет­ся неизменной.

На основании значений Р_г и /стах предварительно выбирают кон­кретный тип генератора и передаточное число его привода, после чего поверочным расчетом баланса электроэнергии, учитывая ско­ростной режим генератора, проверяют его соответствие условиям движения по городу зимой.

Передаточное число привода генератора выбирают с учетом то­ка отдачи генератора на холостом ходу двигателя.