Принцип работы тягового аккумулятора

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.

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:

• 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

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

Тяговые 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

Особенности тяговых аккумуляторов: в чём их отличие от обычных

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.

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.

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.

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.

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