Тяговые аккумуляторы глубокого разряда что это

Что такое аккумулятор глубокого разряда и где он используется?

Существуют сферы хозяйственной деятельности, где требуются аккумуляторы глубокого разряда. Они могут работать в качестве отдельной единицы или в составе какого-нибудь устройства. Тип этих аккумуляторных батарей может быть разный, но все они рассчитаны на постоянный довольно глубокий разряд и последующий разряд. Поэтому их также называют устройствами deep cycle, что можно перевести, как глубокое циклирование. В этой статье мы рассмотрим разновидности АКБ глубокого разряда, сферы их применения, а также некоторые примеры таких батарей.

Особенности

Как понятно из названия, эти аккумуляторы должны быть приспособлены под глубокий разряд. Глубоким циклированием можно считать постоянный разряд до 15─20 процентов от номинальной ёмкости и последующий заряд. Ниже этого значения аккумуляторы вообще разряжать не рекомендуется, поскольку это приводит к существенному сокращению срока службы. Об особенностях разряда разных типов аккумуляторов будет сказано ниже.

Но, к примеру, для стартерных Pb батарей глубокое циклирование смерти подобно. Если пару раз глубоко разрядить современный кальциевый аккумулятор, то он потеряет большую часть своей ёмкости и станет непригоден для использования на авто.

Ещё одной важной особенностью аккумуляторов глубокого разряда является то, что в процессе разряда они до последнего момента должны обеспечивать заявленный разрядный ток и держать напряжение в определённом интервале. К примеру, для литиевого аккумуляторного элемента оно не должно опускаться ниже 3,1─3,2 вольта. Не должно быть такой ситуации, когда при уменьшении заряда валятся электрические характеристики АКБ.
Вернуться к содержанию

Разновидности

Теперь о видах аккумуляторных батарей, которые могут быть использованы для глубокого разряда.

• Некоторые разновидности свинцово-кислотных.
• Щелочные.
• Li-Ion.
• Прочие.

Свинцово-кислотные АКБ

Автомобильные стартерные батареи с жидким электролитом, как уже было сказано, очень чувствительны к глубокому разряду и не могут работать в условиях глубокого циклирования. Существует такая разновидность Pb моделей, как EFB аккумуляторы. Ряд производителей автомобилей советуют ставить их на свои модели с системами Старт-Стоп. EFB расшифровывается, как Enhanced Flooded Batteries (Усовершенствованные аккумуляторные батареи с жидким электролитом).

Для работы в условиях глубокого циклирования подходят свинцово-кислотные модели панцирного типа. Их название пошло от панцирной сетки, которую производители добавляют в конструкцию плюсового электрода. Целью этого является укрепление обмазки электрода и препятствование образованию крупных кристаллов свинца во время заряда.

Среди преимуществ Pb аккумуляторов можно назвать их доступную стоимость, отработанную технологию, высокий разрядный ток и налаженную переработку. К недостаткам следует отнести низкую энергетическую плотность, расход воды из электролита (для WET), чувствительность к глубокому разряду.
Вернуться к содержанию

Аккумуляторы AGM также относятся к семейству свинцово-кислотных. В электрохимических процессах принципиального отличия нет, но вместо жидкого электролита в AGM стекловолокно им пропитанное. Есть также близкая разновидность – GEL. Там электролит находится в виде геля (серная кислота переводится в гелевое состояние с помощью соединений кремния). Батареи AGM, как и EFB, рекомендуются для использования на автомобилях Старт-Стоп. Но они вполне успешно могут работать там, где требуется глубокий разряд.

Однако длительность их эксплуатации будет зависеть от глубины разряда. При постоянном чрезмерном разряде (ниже 20% от номинала) их срок службы значительно сокращается. Поэтому многие производители указывают большой разброс, от 500 до 1200 циклов заряд-разряд.

В отношении GEL справедливо всё вышесказанное, а различия заключаются лишь в сферах применения.
Вернуться к содержанию

Литиевые

Чаще всего в роли АКБ глубокого разряда из литиевых встречаются LiFePO₄. Они используются в качестве тяговых батарей в различном электротранспорте. Хотя для любых литиевых аккумуляторов глубокое циклирование не является чем-то аномальным. Для них разряд до 15─20% и последующий заряд является нормой. Так работают Li─Ion батареи в смартфонах, планшетах, ноутбуках и прочих устройствах. Но чрезмерный разряд им противопоказан. Поэтому большинство литиевых аккумуляторов работают под управлением контроллеров (BMS плат), не допускающих разряда ниже определённого напряжения.

Щелочные

Щелочные аккумуляторы получили широкое распространение в складской технике на электрической тяге, железнодорожном транспорте, производстве и т. п. Им глубокий разряд не наносит ущерба, и они могут использоваться в таких условиях весь жизненный цикл. Выпускаются модели Ni─Cd и Ni─MH.

Щелочные АКБ отлично подходят для работы в подобных условиях. Они не только легко переносят глубокий разряд, но ещё и могут без ущерба довольно долго находиться в разряженном состоянии.

Прочие

В этой категории можно упомянуть лишь некоторые концепты и перспективные разработки. Каких-то других типов АКБ глубокого разряда, которые бы выпускались серийно кроме перечисленных выше, нет. Есть только опытные разработки. В основном они имеют основу их тех же типов батарей, но ведутся эксперименты с материалами электродов, составом электролита и т. п.
Вернуться к содержанию

Где используются?

Область применения таких аккумуляторов очень широкая. Достаточно сказать, что литиевые АКБ, работающие в режиме глубокого циклирования, встречаются в различной бытовой технике и потребительской электронике. К примеру, работа смартфона, ноутбука, фотоаппарата и другой электронной техники состоит из постоянных зарядов и разрядов. В последнее время литиевые аккумуляторы востребованы в автомобилестроении. Они применяются в постоянно возрастающем количестве электромобилей.

Щелочные аккумуляторы, работающие в режиме глубокого разряда, используются в железнодорожном транспорте, на производстве, в сфере телекоммуникаций и т. п. Большое количество АКБ щелочного типа используется в современной складской технике. Это всевозможные погрузчики, подъёмники и т. д.

Транспорт на электрической тяге, который работает в производственных и складских помещениях, гораздо удобнее по сравнению с дизельной или бензиновой техникой.

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.

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

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.

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.

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.

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.

• 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.

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.

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.

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