Меню

Ток разряда тяговых аккумуляторов

Особенности тяговых аккумуляторов: в чём их отличие от обычных

  • 1 Особенности тяговых АКБ
  • 2 Устройство: в чем сходство и различие
  • 3 Виды тяговых аккумуляторных батарей
  • 4 Сфера применения
  • 5 Критерии выбора тяговых аккумуляторов
  • 6 Правила эксплуатации тяговых аккумуляторов
  • 7 Можно ли тяговый аккумулятор использовать вместо стартерного

О существовании т. н. тяговых аккумуляторов наверняка слышал каждый автомобилист. А вот для чего они придуманы, а также чем, собственно, отличаются от аккумуляторов обычных, знает, как ни странно, далеко не каждый водитель. Между тем, такие знания могли бы многим помочь на практике.

Тяговые аккумуляторы

Поэтому главная цель данного материала – дать широкому кругу наших уважаемых читателей, независимо от их водительского стажа, важную информацию о современных тяговых аккумуляторах. В частности, будут рассмотрены их устройство, главные виды, сфера применения, критерии подбора при покупке таких АКБ и основные правила их эксплуатации.

Особенности тяговых АКБ

Принцип работы обычных автомобильных аккумуляторов понятен: с их помощью запускают мотор. Для этого на стартер подаётся энергетический толчок, в результате чего начинает работать маховик и запускается двигатель. С учётом этой функциональной особенности такие аккумуляторы названы стартерными. При запуске авто они дают возможность создать «пусковой» ток очень большой величины: от 250 до 1000 Ампер.

У таких АКБ, как известно, есть одна проблемная особенность. Так, они весьма чувствительны к глубокому разряду. Разряжать их ниже показателя напряжения в 10 Вольт специалисты настойчиво не советуют, поскольку нескольких таких разрядок вполне достаточно, чтобы стартовый аккумулятор перестал работать в полную мощность и стал, по сути, бесполезным.

Параллельно с такими АКБ на транспорте (и не только!) широко используют батареи иного назначения – тяговые. Такие батареи – совершенно иного формата, не обладающие высокими пусковыми токами. Это значит, что они могут отдавать какую-то энергию в течение длительного времени, разряжаясь порой почти к нулю.

Мощный тяговый аккумулятор

Обслуживание тяговых аккумуляторов незаменимо там, где нужно обеспечить долгое, постоянное питание. В силу своей специфики они способны работать целыми днями! Помимо того, они ценны также тем, что очень устойчивы к высоким и низким температурам, не переставая действовать даже при 30 градусных морозах и жаре в плюс 50-60 градусов. Долгое время необслуживаемые АКБ (к примеру, несколько недель простоявшие без дела), в отличие от стартовых, практически не теряют своих способностей.

Устройство: в чем сходство и различие

Ключевое отличие тягового аккумулятора от стартерного заключается в его функциональных параметрах. По напряжению они имеют диапазон от 2 до 24 Вольт, а по силе тока – от 30 до 300 Ампер, хотя верхний показатель может быть и выше. По своему строению они почти не отличаются от стандартных АКБ: у них тоже есть минусовые и плюсовые пластины, их тоже заливают электролитом, хранят в пластиковом корпусе. Но есть и отличия:

  1. Пластины очень толстые, массивные, в них немало свинца и иных тяжелых металлов.
  2. Корпус тоже более толстый, чтобы он смог осилить огромный вес тяжелых пластин.

Виды тяговых аккумуляторных батарей

Современная отечественная и зарубежная промышленность выпускает для потребителей разные типы тяговых аккумуляторов. По технологии, это щелочные батареи и кислотные. Последние представляют собой, по сути, свинцово-кислотные форматы, так как в них используют свинец и электролит на серной кислоте.

В щелочных применяют никель-железные пластины, на заливку которых идёт специальный раствор щелочи. Их считают очень надёжными даже в самые большие морозы, однако цена таких аккумуляторов в несколько раз превышает стоимость свинцовых, а их зарядка сопровождается едким паром. В силу этого экологического аспекта сфера их применения сейчас немного уже, чем её демонстрируют прочие батареи.

Тяговый аккумулятор в авто

В последнее время входят в моду тяговые аккумуляторы, которые основаны на новых технологиях AGM и GEL. Они отличаются компактность, высокой энергичностью, а также, увы, огромной ценой.

Современная промышленность продолжает всячески совершенствовать такие АКБ. По мнению экспертов, уже в ближайшие десятилетия на первый план по своей надежности, эффективности и доступной цене уверенно выдвинутся литиевые аккумуляторы.

Сфера применения

В наши дни наблюдается широкое применение тяговых аккумуляторов в разных сферах жизни. Их с одинаковой эффективностью используют не только в автомобилях, но и многих касательных к ним областях техники. Например, в рыбачьих лодках, во время охоты, для передвижения электрокаров и прочих малогабаритных погрузчиков. Весьма эффективно также они зарекомендовали себя как незаменимое подспорье для альтернативных источников энергии – солнечных панелей, электрогенераторов и проч.

Критерии выбора тяговых аккумуляторов

Многие водители интересуются, как выбрать тяговый аккумулятор. Прежде всего, надо чётко определить, для чего он будет использоваться. Если это решено, лучше непременно принять во внимание рекомендации специалистов или тех профессионалов, которые сами применяют такие АКБ на практике и хорошо знают все их особенности.

Устройство аккумулятора

Также лучше заранее просмотреть через интернет или специальные профильные издания рейтинг аккумуляторов тягового формата. В самом магазине следует внимательно ознакомиться с прилагаемой к каждому тяговому аккумулятору инструкцией, обратив особенное внимание на его:

  • Ёмкость. Чем больше значение, тем дольше техника сможет эксплуатироваться на протяжении одного заряда. Ёмкость аккумулятора меняется. Так во время старта службы возрастает, что выполняется благодаря разработке активной массы пластин. Далее наблюдается постепенное уменьшение ёмкости.
  • Количество циклов. Они зависят от технологии аккумулятора. Для WET ресурс достигает 1000 циклов, AGM – до 400, а GEL – имеет способность выдерживать больше 700.
  • Саморазрядку. Этот процесс происходит вследствие окислительно-восстановительных реакций. Следует отдавать предпочтение аккумуляторам с низким значением саморазряда.
  • Стоимость эксплуатации. Для этого считается цена одного цикла глубокого разряда. К примеру, стоимость AGM-изделия 15 тыс. руб., а его гелевый «коллега», имеющий такую же ёмкость обходится в 23 тыс. руб. Ресурс первого аккумулятора 350 циклов, а второго – 700. Отсюда следует, что их цена эксплуатации 42,85 и 32,85 руб. соответственно. (Итог считается с помощью деления цены устройства на её цикл).
  • Репутацию производителя. Так как проверить качество аккумулятора во время покупки невозможно, единственной гарантией может выступить надёжность изготовителя.

Правила эксплуатации тяговых аккумуляторов

Основные правила хранения и эксплуатации тяговых АКБ практически такие же, что и для обычных аккумуляторов. Если действовать по испытанному принципу «Береженого и Бог бережет», обеспечив им нормальный уход и постоянную профилактику, такие тяговые аккумуляторы способны успешно действовать многие годы.

Можно ли тяговый аккумулятор использовать вместо стартерного

Такой вопрос от автомобилистов приходится слышать едва ли чаще других. И это понятно, поскольку тяговый аккумулятор имеет, в сравнении со стартовым, ряд важных достоинств и преимуществ. Их, скажем, можно хранить длительное время без эксплуатации, совершенно не опасаясь, что они разрядятся и выйдут их строя (что особенно привлекает водителей).

Специалисты утверждают, что использовать тяговый аккумулятор вместо стартерного гипотетически можно. Запустить с его помощью двигатель удастся не всегда из-за намного меньшей энергии: силы тока для запуска мотора у них, скорее всего, не хватит. А если в ход пойдет мощный тяговый аккумулятор с необходимой силой тока в 300 Ампер, то он в силу своих габаритов просто не поместится под капотом автомобиля.

Источник

Как заряжать тяговые аккумуляторы

Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее).

АКБ стартовые и глубокого разряда

Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.

Ячейки гелевого, AGM и жидко-кислотного аккумуляторов

Так выглядят ячейки различных свинцово-кислотных аккумуляторов — жидко-кислотного, AGM и гелевого

Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала. Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.

При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах — положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.

У аккумуляторов глубокого разряда (тяговых) толстые пластины. Именно благодаря толстым пластинам и плотному активному материалу в решетках, тяговые аккумуляторы и держат заряд на протяжении длительного времени. Чтобы диффузия произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин, тяговые аккумуляторы заряжают в несколько стадий. Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.

Стадия насыщения

График зарядки тяговых аккумуляторов

Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии

Первый этап трехступенчатой зарядки – фаза насыщения. Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.

Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.

Читайте также:  Щит учета с трансформаторами тока схема подключения

Для аккумуляторных батарей емкостью 200 Ач и более используйте такие зарядные устройства:

Источник

Обзор тяговых аккумуляторов, их виды и характеристики

Тяговые аккумуляторы нельзя отнести к какому-то определённому типу. Наоборот, к этой группе относятся некоторые свинцово-кислотные, щелочные и литиевые АКБ. Все они объединены в группу тяговых по своему назначению. Их работа заключается в обеспечении электроэнергией электромотора различных транспортных средств, механизмов и приспособлений. В этой статье мы рассмотрим особенности тяговых аккумуляторных батарей, разновидности и некоторые примеры таких моделей.

Особенности тяговых АКБ

Основным отличием тяговых аккумуляторов от привычных нам автомобильных стартерных батарей является их режим работы. Если стартерный аккумулятор отдаёт высокий пусковой ток только при запуске двигателя, то тяговая АКБ обеспечивает электромотор током в течение всего времени его работы. Проще говоря, тяговые аккумуляторные батареи работают в постоянном режиме заряд-разряд. Стартерные же, отдав ток при запуске, затем заряжаются от генератора работающего двигателя.

Тяговые аккумуляторы

Из сказанного можно сделать вывод, что стартерные автомобильные аккумуляторы не могут использоваться в роли тяговых. Для них чувствителен глубокий разряд, поскольку после него они теряют часть своей ёмкости. А вот некоторые разновидности тяговых АКБ вполне могут использоваться в роли стартерных. Мы рассмотрим их ниже.
Вернуться к содержанию

Виды тяговых аккумуляторных батарей

Для лучшего понимания тяговые аккумуляторы можно классифицировать по их типам. Существуют:

  • свинцово-кислотные;
  • щелочные;
  • литий─ионные;
  • прочие.

Свинцово-кислотные

Можно выделить три разновидности свинцовых батарей.

  • WET. Традиционные с жидким электролитом.
  • AGM. Электролит содержится в стекловолокне.
  • GEL. Электролит находится в виде геля (химическое соединение серной кислоты и оксида кремния).

Аккумуляторные батареи свинцово-кислотного типа WET наименее приспособлены для использования в качестве тяговых. Однако есть ряд производителей, которые выпускают такие модели для использования на погрузчиках и другой складской технике на электротяге. Они также применяются в роли АКБ в системах резервного и аварийного питания, промышленном оборудовании и т. п. Хотя эти уже относятся к группе стационарных по своему назначению. Основное же назначение батарей WET – это стартерные аккумуляторы для автомобиля.

Технология производства тяговых свинцово-кислотных АКБ отличается от стартерных. Они выпускаются по панцирной технологии. Название пошло от панцирной сетки, которой окружён положительный электрод. Её назначение в следующем:

  • удержание материала электрода от разрушения;
  • предотвращение образования крупных кристаллов свинца в процессе заряда.
  • PzS;
  • PzB;
  • PzV.

Первые два похожи по своим характеристикам. Разница в том, что PzS выполнен в соответствии с требованиями стандарта DIN (Германия), PzB удовлетворяет положениям британского стандарта BS. Модели PzV в роли электролита имеют гелевый наполнитель.

Плюсы использования Pb батарей в роли тяговых.

  • Простая и отработанная технология. Отсюда низкая стоимость по сравнению с другими видами. Зачастую именно фактор цены играет решающую роль при покупке этих АКБ.
  • Низкий саморазряд.
  • Выдают высокий ток.
  • Легко и недорого перерабатываются в исходное сырьё.
  • Чувствительность к глубокому разряду. Если в процессе работы их разряжать до 80%, то срок эксплуатации резко уменьшается. Большинство производителей выпускают модели с заявленным сроком службы до 1,5 тысячи циклов разряд-заряд. Для достижения этого срока эксплуатации они рекомендуют вести разряд только до 60%, а это серьёзно сокращает время работы оборудования.
  • Низкая энергетическая плотность. Отсюда большие размеры и вес Pb аккумуляторов.
  • Чувствительны к отрицательным температурам.
  • Требуется еженедельный контроль электролита и его корректировка.
  • В процесс заряда существенная доля электроэнергии (30%) теряется впустую.

Свинцово-кислотные тяговые аккумуляторы

Для погрузчиков свинцово-кислотные тяговые аккумуляторы поставляются в виде сборок. Конструктивно они состоят из аккумуляторных элементов с номинальным напряжением 2 вольта (в процесс работы меняется в интервале 1,86─2,65 вольта). Элементы объединены в сборки с номиналом 24 и 48 вольт. Срок службы примерно 1,2─1,5 тысячи циклов.
Вернуться к содержанию

AGM и GEL

Аккумуляторные батареи AGM и GEL имеет смысл рассмотреть вместе, поскольку они имеют близкие эксплуатационные характеристики. Различия в устройстве связаны с тем, в каком состоянии находится электролит: в стекловолокне (AGM) и в виде геля (GEL).

Это как раз те АКБ, которые успешно работают в роли тяговых и стартерных. Они используются на автомобилях с системой «Старт-Стоп» и с большим числом потребителей тока на борту. Широко используются гелевые аккумуляторы в различных источниках бесперебойного питания, серверном и коммуникационном оборудовании. Легко и без последствий переносят глубокий разряд.

Тяговые батареи AGM и GEL

Ещё одной сферой применения этих батарей являются гелиосистемы. Благодаря устойчивости к циклированию, гелевые аккумуляторы накапливают энергию от солнечных панелей днём и отдают её ночью или в пасмурный день.

В складской технике также можно встретить AGM и GEL аккумуляторы, но там они не получили широкого распространения. Это объясняется высокой стоимостью. Для обеспечения питания электромобилей они также не подходят.
Вернуться к содержанию

Щелочные

Это наиболее распространённый вид тяговых аккумуляторов. По своей конструкции они похожи на свинцово-кислотные тяговые батареи. Они поставляются в сборках из отдельных Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторных элементов. Используются элементы ламельного типа. Номинальное напряжение полностью заряженного элемента около 1,45 вольта при разомкнутой цепи. Рабочее напряжение составляет 1,25 вольта. Соединяя их, получают необходимое напряжение на выходе.

Щелочные тяговые аккумуляторы

  • Легко переносят глубокий разряд.
  • Могут долго без последствий находиться в разряженном состоянии.
  • Благодаря большому внутреннему сопротивлению выдерживают большие разрядные токи.
  • Устойчивы к тряске и вибрации. Могут даже переносить кратковременные замыкания.
  • По сравнению с Pb батареями щелочные имеют более высокую энергоёмкость и более длительный срок службы.
  • Меньший саморазряд по сравнению со свинцово-кислотными.

К минусам следует отнести следующее.

  • Для обслуживания требуется квалифицированный персонал. Периодически нужно проверять уровень электролита, а также грамотно проводить заряд.
  • У никель-кадмиевых аккумуляторов ярко выражен «эффект памяти».
  • Кадмий является ядовитым веществом, из-за чего осложнено производство и переработка таких батарей.

Литиевые

Литиевые аккумуляторные батареи можно разделить на литий─ионные и литий─полимерные. В роли тяговых нашли применение некоторые разновидности литий─ионных АКБ. В частности, используются модели LiFePO4 и ряд других. Литиевые тяговые батареи постоянно совершенствуются для использования в электромобилях. Именно они стали использоваться для питания силовых агрегатов в электромобилях и автомобилях с гибридными двигателями.

Среди плюсов Li─Ion в роли тяговых батарей можно назвать следующие.

  • Высокая энергоёмкость. Отсюда небольшие габариты при высокой мощности.
  • Быстрый заряд.
  • Спокойно работают в режиме заряд-разряд. Отрицательно сказывается только полный разряд в ноль или излишний перезаряд, но эту проблему обычно решает защита.

К минусам можно отнести.

  • Высокая стоимость.
  • Запасы лития ограничены.
  • При работе используются дополнительные меры безопасности.

Ещё не так давно литий─ионные АКБ имели ряд ограничений для использования на электромобилях. Однако сейчас большинство этих проблем решено благодаря разработке новых модификаций этих батарей. И производители постепенно переходят на массовое производство.

Тяговые литиевые аккумуляторы для электромобилей

Можно также отметить использование литиевых АКБ для питания электромоторов различных летающих гаджетов типа квадрокоптеров, дронов и т. п.
Вернуться к содержанию

Прочие

В роли тяговых на сегодняшний день используются только вышеперечисленные типы аккумуляторных батарей.

К прочим в основном относятся те, что сейчас находятся в стадии разработки. В основном это различные модификации литий─ионных АКБ. Специалисты разрабатывают новые химические соединения для увеличения ёмкости, уменьшения размеров и веса, а также увеличения скорости зарядки.

В Японии, например, работают над заменой лития натрием в Li─Ion аккумуляторах, поскольку последний более распространён в природе. Некоторое время назад было много шума по поводу графеновых аккумуляторов. Однако пока нет коммерческих образцов и не налажено массовое производство.

Примеры моделей тяговых АКБ

Рассматривать модели тяговых АКБ для автомобилей, скутеров или моторных лодок в рамках этой статьи не имеет смысла. На сайте не раз были обзоры производителей аккумуляторов, где были представлены такие модели. Поэтому рассмотрим, какие тяговые аккумуляторные батареи предлагают некоторые отечественные предприятия для складской техники.

Ниже приведены примеры тяговых аккумуляторов, выпускаемых тремя отечественными предприятиями.

Тюменский аккумуляторный завод

В группе тяговых аккумуляторных батарей предлагаются следующие модели.

  • 24 вольта. Ёмкость составляет от 210 до 1200 Ач. Тип PzS.
  • 40 В. 70─120 Ач. PzS.
  • 48 В. 210─1200 Ач. PzS.
  • 80 В. 210─1200 Ач. PzS.

Тяговые аккумуляторы Тюменского аккумуляторного завода

Курские аккумуляторы

Курское предприятие предлагает следующие тяговые АКБ.

  • Серия ТНЖ и ТНК. Ёмкость 250─950 Ач. Назначение ─ безрельсовый напольный транспорт.
  • Серии ТНЖШ и FLM (никель-железные), ТНКШ и KL (никель-кадмиевые). Ёмкость 350 до 550 Ач. Для питания электромоторов рудничных электровозов.

Тяговые АКБ Курского аккумуляторного завода

Великолукский аккумуляторный завод

Здесь тяговые батареи представлены в серии FL/FH.

  • FL 500 МР, FL 350 MP. Для рудничных электровозов.
  • FL 300 ВМР, FL 250 P, FL 350 II КР, FL 500 К P, FL 400 P, FL 450 P. Для напольного безрельсового электротранспорта.

Источник

Тяговые аккумуляторы — что это такое и как устроены

Тяговые аккумуляторы - что это такое и как устроены

Статья обновлена: 2020-12-17

У покупателей часто возникают вопросы: что значит «тяговый аккумулятор», чем он отличается от стартерных моделей, каковы его преимущества и особенности эксплуатации? Отличия есть и в строении аккумуляторов, и в возможностях их использования. Стартерные модели рассчитаны на кратковременную подачу высокого тока в момент запуска двигателя, а в остальное время они «отдыхают» и заряжаются от генератора.

Читайте также:  Сила тока в электродвигателе 40а какова сила тока в реостате

Тяговые аккумуляторы способны в постоянном режиме обеспечивать питание электрооборудования – до тех пор, пока не исчерпают свой запас энергии. После этого их необходимо зарядить от электросети. По окончании зарядного процесса тяговая батарея снова готова к длительной эксплуатации, т.е. она предназначена для использования в циклическом режиме заряд-разряд. Количество рабочих циклов зависит от вида используемой батареи, например, у литиевых АКБ ресурс работы превышает 1000 циклов.

Для чего нужны тяговые аккумуляторы?

Тяговые аккумуляторы устанавливаются на разные виды электротранспорта и техники, работающей на электротяге. В частности, они используются для автономного питания электровелосипедов, электромобилей, лодочных электромоторов, инвалидных колясок, гольфкаров, погрузчиков, тягачей, штабелеров, гидравлических тележек, поломоечных машин и другой техники, оснащенной электроприводом.

Отличие тяговых аккумуляторов от стартерных

Стартерные аккумуляторы преимущественно используются на автомобилях. Они подают на стартер необходимый пусковой ток и обеспечивают запуск двигателя. Для стартерных аккумуляторов характерны:

АКБ LiFePo4 48 Вольт 16S4P (32-60В) 6А*ч-80А*ч фото

  • кратковременная подача высокого пускового тока – 250–1000 А в течение нескольких секунд, а после запуска мотора аккумулятор восполняет потраченную энергию;
  • напряжение 12,7 В;
  • емкость 55–65 Ач;
  • чувствительность к разрядам – после нескольких глубоких разрядов аккумулятор теряет значительную часть своей емкости.

Тяговые АКБ также устанавливаются на транспортные средства и двигательные механизмы, но имеют кардинально отличающийся принцип работы. Вместо кратковременной подачи высоких пусковых токов они предназначены для непрерывной подачи энергии на электрооборудование на протяжении всего времени его работы. Тяговые аккумуляторы работают в циклическом режиме – отдают накопленную энергию электродвигателю и остальным энергопотребляющим устройствам, а затем восполняют запас энергии в процессе зарядки от электросети.

Тяговые АКБ еще называют батареями глубокого разряда. Они не боятся значительной разрядки, но для продления эксплуатационного ресурса желательно не разряжать их ниже уровня 5%. Такие АКБ устойчивы к постоянным нагрузкам, а время их работы на одном заряде зависит от емкости батареи и энергопотребления работающего от нее оборудования.

Устройство тягового аккумулятора

АКБ LiFePo4 48 Вольт 16S4P (32-60В) 6А*ч-80А*ч фото

Как и стартерные аккумуляторы, тяговые АКБ имеют внутри пластины электродов (катод, анод) и электролит. У свинцово-кислотных батарей электролит бывает жидким и гелеобразным. Главное отличие в устройстве тяговых аккумуляторных батарей заключается в толщине электродных пластин. У стартерных аккумуляторов они тонкие, а у тяговых АКБ – толстые, способные поддерживать длительную подачу тока без потери характеристик. Поэтому тяговые АКБ более устойчивы к износу и имеют увеличенный ресурс.

Стартерные батареи имеют сплошной корпус, в котором находятся электродные пластины и электролит. Тяговые модели производятся в виде моноблока, содержащего несколько взаимодействующих между собой аккумуляторов. Свинцово-кислотные тяговые батареи состоят из нескольких аккумуляторов напряжением по 2 В. Чаще всего используются сборки напряжением 12 В, состоящие из 6 последовательно соединенных секций.

Корпус тяговых АКБ выполняется прочным, устойчивым к внешним воздействиям и агрессивным средам. Тяговые батареи свинцово-кислотного типа отличаются большими размерами и солидным весом. Более удобны в эксплуатации тяговые батареи на основе лития – Li-ion, LiFePO4, NCM. В дополнение ко всем преимуществам тяговых АКБ они не требуют обслуживания, лишены выраженного эффекта памяти, имеют легкий вес, компактные размеры и рабочий ресурс свыше 2000 циклов перезарядки.

Устройство тяговых АКБ на основе лития

Литий-ионные батареи состоят из оксида металла в качестве катода, пористого углерода в роли анода и токопроводящего электролита. Химический состав Li-ion аккумуляторов бывает разным. Для повышения удельной энергоемкости и улучшения эксплуатационных характеристик элементов питания производители экспериментируют с материалами для катода и анода.

В сочетании с графитовым анодом используются катоды из оксида кобальта LiCoO2, литий-марганцевой шпинели LiMn2O4, оксида литий-никель-марганец-кобальта LiNiMnCoO2 (NMC), литий-железо-фосфата LiFePO4 и других материалов. Наилучшие характеристики имеют тяговые батареи типа LiFePO4 и NMC. Они собираются из отдельных аккумуляторов, имеющих вид цилиндров, призматиков или пакетов.

Соединение осуществляется по определенной схеме – в зависимости от необходимых значений емкости и напряжения батареи. Управляющая электроника в виде BMS платы (Battery Management System) обеспечивает безопасную и долговечную работу батареи, не допуская ее перезаряда, токовых перегрузок, перегрева и других опасных состояний. Система управления и балансировки ячеек регулирует процесс разряда и разряда элементов, не допуская преждевременного износа батареи.

Преимущества тяговых аккумуляторов

Аккумулятор LiFePO4 3,2В 50А*ч, мод. 30135185 фотоТяговые АКБ на основе лития имеют:

  • широкий диапазон рабочих температур;
  • низкий саморазряд;
  • долгий срок службы, даже в жестких условиях эксплуатации;
  • высокие показатели химической и термической стабильности;
  • большие значения удельной емкости;
  • стойкость к глубоким разрядам;
  • возможность бесперебойной работы в течение длительного времени в циклическом режиме, в условиях постоянной токоотдачи.

В продолжение темы предлагаем для прочтения статью о лучших АКБ для складской техники.

Источник



Что такое тяговый аккумулятор

Что такое тяговый аккумулятор

Аккумуляторными батареями сейчас пользуется подавляющее большинство населения планеты – без них невозможна работа телефонов, мобильных бытовых устройств и автомобилей. В транспорте, помимо наиболее распространенных стартерных АКБ, применяются тяговые аккумуляторы, более подробно о которых будет рассказано далее.

  1. Что такое тяговые аккумуляторы – устройство, особенности конструкции
  2. Назначение
  3. Разновидности
  4. WET
  5. VRLA
  6. SLA (AMG, GEL)
  7. GEL
  8. Щелочные (никель-железные) аккумуляторы
  9. Маркировка и характеристики тяговых АКБ
  10. Маркировка
  11. Отличие от стартерных
  12. Использование для пуска автомобильного двигателя
  13. Положительные и отрицательные стороны тяговых аккумуляторов
  14. Правила хранения и эксплуатации
  15. Зарядка тягового АКБ
  16. Стадии зарядки
  17. Недостаточный заряд и перезаряд
  18. Чрезмерный заряд
  19. Популярные бренды тяговых АКБ

Что такое тяговые аккумуляторы – устройство, особенности конструкции

В большинстве своем, это обычные свинцово кислотные аккумуляторы, предназначенные для длительного обеспечения электроэнергией устройств, потребляющих эту энергию. Процесс образования тока в тяговых АКБ такой же, как и стартерных: активная масса решеток электрода взаимодействует с электролитом, в результате чего на выходе появляется необходимое напряжение.

Устройство тяговых аккумуляторных батарей мало чем отличается от стартерных аналогов. Одна секция состоит из положительных и отрицательных решеток, разделенных между собой специальными прокладками – сепараторами. Прокладки эти изготовлены из диэлектрического материала (кислотостойкий полимер, пористая стеклоткань), что исключает короткое замыкание между электродами. Пространство между пластинами заполнено активным реагентом – электролитом.

Напряжение на электродах одной секции одинаково практически для всех батарей и составляет 2,3V. Чего не скажешь о силе тока, которая зависит от массы и размеров пластин, от их пористости, рабочей площади и материала изготовления. Чтобы АКБ выдавала нужное напряжение ее секции соединяются между собой последовательно. Так, для двенадцати вольтовой АКБ необходимо связать воедино 6 банок.

Тяговые аккумуляторные батареи достаточно тяжелы и занимают много места. Например, модель на 180 Ah имеет габариты – 850х650х400 и весит 600кг. Если сравнивать со знакомыми автолюбителям пусковыми АКБ, то по емкости, это равно трем автомобильным аккумуляторам на 60Ah, которые весят не более 20 кг каждый. Масса и размеры определяют ряд требований к материалам корпуса и его толщине. Как правило, это кислотостойкий диэлектрик – на современных устройствах чаще применяют полимеры.

Назначение

Применение тяговых моделей согласуется с их конструкционными особенностями и массогабаритными показателями. Благодаря длительному функционированию и возможности работы до глубокого разряда без потери номинальной емкости, тяговые АКБ используют в следующих отраслях:

  • Складской погрузочный транспорт. Санитарно-технические нормы для работ в закрытых помещениях исключают возможность использования машин с двигателями внутреннего сгорания. Такая техника как складские погрузчики, штабелеры, электро-тележки и прочий складской транспорт оборудуется электроприводами, для питания которых используют тяговые АКБ.
  • Электротранспорт в горнодобывающей промышленности. Так же, как и в случае со складами здесь имеют место работы в слабо вентилируемых пространствах. Электродвижущая сила используется на тягачах, рудничных электровозах, дрезинах и в малой механизации.
  • Накопительные энергоемкости для альтернативных источников электричества. Солнечные батареи или ветряные генераторы не в состоянии постоянно обеспечивать потребителей электроэнергией. Световые системы поставляются в комплекте с тяговыми аккумуляторами, которые накапливают энергию во время работы источника, чтобы затем ее отдавать.
  • Около бытовое применение. Лодки, гольф-кары, инвалидные коляски, детские машинки, скутеры, велосипеды, и даже автомобили приводятся в движение электродвигателями, питаемыми тяговыми аккумуляторными батареями.

Также этот вид АКБ актуален на предприятиях с высоким приоритетом экологических норм: производство детского питания, фармакология, медицина и прочие.

Разновидности

На современном рынке распространены следующие модификации тяговых свинцово кислотных аккумуляторов: WET, VRLA и SLA, которые в свою очередь подразделяются на AMG и GEL типы. Кроме того, особняком в ряду накопителей электроэнергии стоят щелочные (никель-железные) АКБ. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Щелочные (никель-железные) АКБ

Такой аббревиатурой обозначаются практически все кислотно свинцовые батареи с жидким электролитом в свободном состоянии. В свою очередь их подразделяют на:

  • Обслуживаемые АКБ. Рабочий состав пластин у таких устройств – сплав свинца и сурьмы. В ходе их работы обязательна периодическая проверка количества электролита, а в случае его недостатка, необходим долив дистиллята.
  • Частично обслуживаемые. Активный состав плюсовой пластины также, как и в предыдущем варианте свинец и сурьма в сплаве. Отличие в том, что сурьмы меньше, а минусовый электрод имеет свинцово-кальциевый состав. Заряжаясь, эти аккумуляторы значительно меньше предыдущих выделяют испарения, что позволяет делать их более герметичными, а долив реагента требуется только при экстремальных режимах эксплуатации.
  • Не обслуживаемые SM (FM) устройства. Плюсовые решетки электродов в своем составе исключают содержание сурьмы – только свинец, кальций, олово (олово может быть заменено серебром). Минусовые решетки – это сплав свинца с кальцием.

Питание от WET аккумуляторов чаще встречается в погрузчиках и штабелерах.

Более современные автономные источники энергии, оборудованные клапанной системой (Valve Regulated Lead Acid) для сброса избыточного давления. Данная технология позволила делать достаточно компактные устройства, габариты и масса которых сопоставима с пусковыми автомобильными АКБ, при этом сохранены все качества тяговых батарей.

Читайте также:  Создание переменного тока из постоянного

Для складского грузового транспорта вес и размер не существенны, а вот в инвалидную коляску или электро-скутер поставить стокилограммовый источник питания не представляется возможным. Масса 63-х амперного устройства составляет около 21-го кг, при размерах 275х170х190 мм.

SLA (AMG, GEL)

Аббревиатура SLA в дословном переводе обозначает – уплотненная АКБ. На современном рынке автономных источников питания распространены две разновидности: с гелевым электролитом (GEL — Gelled Electrolite) и стекло-матовыми сепараторами (AGM – Absorptive Glass Mat). Кроме того, есть масса комбинированных моделей, так или иначе дополняющих каждую из технологий.

Консистенция электролита, в изготовленных по этой технологии батареях, представляет собой желеобразную массу. Пористая структура этой массы имеет значительных объем пустот, в которых протекают рекомбинационные процессы кислорода и водорода. Эти газы в обычном жидком электролите мгновенно всплывали на его поверхность, испарялись, создавая избыточное давление, что требовало наличия вентиляционных отверстий в корпусе батареи и последующего добавления дистиллята.

Банки аккумуляторов, изготовленных по технологии AMG залиты обычным жидким реагентом (вода и серная кислота), а их эффективность также, как и у гелевых моделей увеличена за счет рекомбинации газов. Разница в том, что перераспределение происходит в пустотах сепаратора, который изготовлен из специального пористого стекловолокна.

Щелочные (никель-железные) аккумуляторы

В качестве электролита в таких батареях используют щелочь (гидроксид натрия или калия в водном растворе), положительный электрод – железо, отрицательный – никель. По большинству параметров щелочные АКБ превосходят свинцово кислотные, чего не скажешь о стоимости и технологии производства.

Маркировка и характеристики тяговых АКБ

Основные характеристики тяговых аккумуляторов – это емкость, напряжение и максимальный разрядный ток.

Среднее напряжение для свинцово кислотного аккумулятора (одной секции) составляет 2V. На пике зарядки достигает показателей в 2,7V, а минимальные значения не должны опускаться ниже 1,8V, в противном случае возможна сульфатация решеток электрода.

Емкость характеризует количество энергии, которую способен отдать аккумулятор за определенное время, до тех пор, пока напряжение не станет ниже номинального. Единицы измерения этого показателя ампер-часы (Ah). Обеспечение энергией электродвигателей и работа в качестве резервного источника питания требует значительных емкостей (600Ah и более). Электрохимические реакции, протекающие при разрядке батареи напрямую зависят от окружающей температуры, поэтому изготовители указывают два варианта емкости тяговых батарей – при 5˚ C и при 20˚ С.

Важно! Максимальный разрядный ток тягового аккумулятора мало отличен от номинальной емкости. Что касается зарядного тока, он зависит от типа батареи, ее состояния и уровня заряда. 2

Маркировка

Различают следующие типы маркировки:

  • PzS, OPzS. Мало обслуживаемые тяговые АКБ, положительные решетки которых имеют специальную оплетку (панцирь). Назначение панциря предотвращать осыпание активной составляющей электрода.
  • PzV, OPzV. Также панцирные плюсовые решетки, но вместо жидкого электролита используется желеобразный (GEL).
  • Жидкий электролит (вода, серная кислота), поверхностный принцип токоотвода. Отличительная особенность – поверхность положительных электродов в 10 и более раз превосходит стандартные аналоги. Обладают огромной емкостью (более 2000 Ah) и максимальным, как для современных АКБ, сроком службы (больше 25-и лет).
  • Аккумуляторы с сетчатыми стрежневыми плюсовыми пластинами;
  • Пластины такие же, как и в предыдущем случае, а сама тяговая батарея необслуживаемая герметизированная с желеобразным электролитом.
  • P Батареи с такой маркировкой оснащены пластинами из чистого свинца, токоотводящая поверхность максимальна.
  • OP. В аккумуляторе применен жидкий электролит (водный раствор серной кислоты).

Отличие от стартерных

Главное отличие тяговых аккумуляторов от стартерных моделей заключается в строении токоотводящих пластин электрода. В пусковых батареях они тонкие, но их много. Большая поверхностная площадь позволяет быстро отдать много тока, что важно при пуске двигателя. В тяговых аккумуляторах, напротив – пластины более крупные и заметно толще.

В результате реакция серной кислоты и рабочего состава пластин протекает медленнее, из-за чего нет возможности отдать много тока сразу, но длительность процессов, образующих ток, несопоставимо дольше, чем у батарей с тонкими решетками. Массивные пластины, помимо продолжительных электрохимических реакций, имеют гораздо больший срок службы, они менее подвержены износу и сульфатации.

Тяжелые внутренние элементы требуют соответствующей наружной конструкции, поэтому тяговые батареи упакованы в монолитный жесткий корпус, изготовленный из эбонита или высокопрочных полимеров.

Использование для пуска автомобильного двигателя

Важно! Тяговые батареи теоретически можно использовать в качестве стартовых, но их максимального тока едва хватит для пуска. Батареи, способные обеспечить необходимый ампераж вряд ли поместятся под капотом.

Для пуска двигателя требуется ток от 240 до 600 A, такие показатели кратковременно выдает обычный автомобильный АКБ на 60Ah (в зависимости от марки). Если же пытаться запустить мотор тяговой батареей, понадобится устройство с номинальной емкостью около 260Ah, которое поместиться далеко не в каждый багажник, не говоря о месте под капотом.

Положительные и отрицательные стороны тяговых аккумуляторов

Недостатки тяговых АКБ:

  • В большинстве своем это габаритные устройства со значительной массой;
  • Высокая стоимость.
  • Для зарядки необходимо специальное ЗУ, которое также стоит немало.
  • Емкость зависит от температуры эксплуатации;
  • Не могут дать ток выше номинальной емкости даже кратковременно.
  • Обеспечивают длительное автономное питание устройствам;
  • Хорошо переносят глубокий разряд;
  • Длительность эксплуатации. Средние показатели 500-600 циклов, распространены модели до 1500, срок службы до 25 лет.
  • Незаменимы в своем роде.

Правила хранения и эксплуатации

Мероприятия, проводимые в процессе эксплуатации подразделяют на три группы – ежедневные, еженедельные и ежемесячные:

  1. В ходе эксплуатации тяговые АКБ необходимо ежедневно полностью заряжать после разряда, контролировать количество электролита и при необходимости доливать воду.
  2. Раз в неделю аккумулятор следует осмотреть на наличие повреждений, очистить от поверхностных скоплений грязи, желательно сделать выравнивающий заряд.
  3. Раз в месяц необходимо проверить работоспособность ЗУ, проконтролировать плотность электролита во всех секциях аккумулятора, и напряжение на выходах.

Функционирование тяговой батареи напрямую зависит от залитого в нее электролита. Поэтому, более предпочтительно, чтобы заправка электролитом осуществлялась в условиях завода изготовителя.

Батареи перед заправкой

Главные условия правильного хранения:

  • Помещения для хранения должны быть сухими, не промерзать, в близи АКБ не должны находиться источники тепла.
  • Во время хранения не доводить саморазряд до уровня, превышающего 80% (60% для технологии GEL);
  • Нельзя допускать длительного простоя полностью разряженной батареи.
  • Заливать только дистиллированную воду (ни в коем случае не электролит или серную кислоту).
  • Во избежание появления конденсата на корпусе АКБ необходимо минимизировать колебания температуры и влажности в помещении где они хранятся.
  • Аккумуляторы складируются исключительно вертикально, в один слой – класть что-либо сверху категорически нельзя.

Важно! Условия хранения, эксплуатации и обслуживания тяговых батарей зависят от конкретной модели, определяются производителем и описаны в соответствующей инструкции.

Зарядка тягового АКБ

Работу батареи можно условно разделить на два этапа – разрядка и зарядка. Во время разрядки свинец взаимодействует с серной кислотой электролита, в результате чего образуется сульфат свинца, электричество, продукты распада серной кислоты и воды. К тому же, плотность электролита снижается.

В ходе зарядки тягового аккумулятора электроны идут в обратном направлении, поэтому важно, чтобы зарядное напряжение превышало таковое на клеммах АКБ, иначе батарея будет разряжаться. Итак, электроны идут обратно, инициируя восстановительную реакцию серной кислоты из водорода и сульфатов. Также восстанавливается активная составляющая решеток и плотность электролита.

Зарядное устройство

Стадии зарядки

Если коротко описать как заряжать тяговый аккумулятор, то получится последовательность действий, включающая в себя три этапа:

  • Насыщение. На первой стадии насыщения процесс протекает быстро, при максимуме тока на ЗУ. Напряжение устанавливается в зависимости от степени разряда. Длительность зависит от номинальной емкости и силы зарядного тока (емкость 60Ah при токе 6A зарядится приблизительно через 10 часов). Сила тока заряда определяется в зависимости от конкретной батареи, но не может быть выше 100% ее емкости (ниже 10% ставят в исключительных случаях). Заряжают до тех пор, пока не наберется 80% емкости.
  • Поглощение (абсорбция). Напряжение на стадии поглощения остается на уровне, достигнутом на первой этапе, а сила тока постепенно снижается, вплоть до максимальной зарядки.
  • Поддержка. Третий этап поддерживающей зарядки наступает после понижения, потребляемого батареей, тока менее чем до двух процентов от его емкости. Чтобы исключить закипание, ЗУ автоматически уменьшает напряжение до 13,8V. Чрезмерное напряжение является причиной преждевременного старения положительных решеток, а недостаточное приводит к сульфатации, по причине неполной зарядки аккумулятора.

Недостаточный заряд и перезаряд

На пластинах не полностью заряженной тяговой батареи, особенно если недозаряд регулярен, появляются частицы сульфатов, которые ощутимо увеличивают сопротивление. Из-за этого ЗУ не может откалибровать зарядное напряжение, что приводит к еще большей недозарядке и сульфатации соответственно.

Чрезмерный заряд

Особенно опасен для аккумуляторов с желеобразным электролитом и AGM устройств. Во время длительной перезарядки закипает жидкий реагент, инициируя неконтролируемый нагрев с постоянным повышением температуры.

Популярные бренды тяговых АКБ

Германский производитель Sonnenschein на рынке автономных источников питания более 100 лет. Продукция компании использует передовые разработки в продукции, рассчитанной на большинство потребностей своих клиентов.

АКБ компании Ventura

Более бюджетные, но добротного качества батареи предлагает компания Ventura. Приемлемые цены возможны благодаря размещению производственных мощностей в Китае. Тем не менее продукция бренда изготавливается по технологии AGM, характеризуется минимальными испарениями и достойными эксплуатационными показателями.

Источник