Тяговые аккумуляторы принцип работы

Тяговый аккумулятор: особенности, назначение, виды

Некоторые отрасли промышленности отличаются строгими санитарными требованиями к содержанию производственной и рабочей зоны, в которых надлежит обеспечить допустимые концентрации вредных веществ в воздухе. В них использование двигателей внутреннего сгорания считается недопустимым, поэтому в закрытых помещениях и технологических зданиях используется транспорт и оборудование аккумуляторного типа. В качестве источников питания для этого электрического двигателя используются тяговые аккумуляторы.

Особенности и назначение

В отличии от автомобильных аккумуляторов, тяговые агрегаты имеют как схожие черты, так и ряд существенных отличий. Так, тяговые АКБ представляют собой набор отдельных емкостей, каждая из которых представляет собой отдельную батарейку. В то время как стартерные АКБ состоят из ряда пластин в одном корпусе.

По способу работы тяговые аккумуляторы рассчитаны на продолжительную отдачу заряда через питание подключенной к нему токовой нагрузки, они задействованы в течении всей рабочей смены или технологической операции. В то время как автомобильные, задействованы лишь для пуска двигателя и поддержки вспомогательных электроприборов до тех пор, пока скорость движения не обеспечит штатный режим работы генератора.

Конструктивно, пластины обычной стартерной батареи тонкие, в то время, как у тяговых аккумуляторных устройств, пластины обладают значительно большей толщиной и весом. В результате, габариты последних существенно увеличиваются, повышая и вес, если сравнить их как источники тока. Но такое конструктивное отличие повышает и время окислительно-восстановительных реакций внутри емкости, что значительно увеличивает время разряда.

Тяговые не боятся циклов глубокого разряда, в отличии от автомобильных аккумуляторов. Такие режимы являются нормальным для питания электромоторов и приводов.

На практике, применение тяговых источников питания охватывает самые разнообразные сферы человеческой деятельности, которые предназначены для:

• Погрузочного транспорта – автотележек, погрузчиков, штаблеров и прочих, которые используются на складах, где применение ДВС привели бы к загазованности воздуха.
• Шахтные электрические аппараты – тягачи, комбайны, дрезины и прочие, выполняющие технологические операции в замкнутом пространстве с дефицитом свежего воздуха.
• Для солнечных электростанций, которые длительно накапливают электроэнергию в цикле зарядки, а потом аккумуляторные батареи отдают ток заряда к нагрузке.
• Бытовые устройства – широко распространенные детские электросамокаты, скутеры, электромобили, лодочные моторы.

Рис. 1. Сфера применения тяговых аккумуляторов

Помимо этого их актуально использовать в сфере производства фармакологической продукции, медицины, детских смесей и т.д. Однако следует отметить, что для каждой сферы деятельности применяются аккумуляторные батареи различные по типу и виду.

По виду тяговые аккумуляторы отличаются компонентами сплава пластин и химическим составом электролита. В то время как конструкция готовой батареи остается одинаковой для всех – наличие положительных и отрицательных полюсов, наличие среды протекания реакции. Некоторые из них будут иметь существенные отличия, далее рассмотрим все типы более детально.

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотные аккумуляторные приспособления наиболее приближены к стандартным батареям для авто. Они имеют обозначение WET, широко используются в штаблерах и погрузчиках. В качестве наполнителя для кислотных АКБ применяются раствор дисцилированной воды и кислоты.

Устройство такого тягового аккумулятора приведено на рисунке ниже:

Рис. 2. Устройство свинцово-кислотной батареи

По конструкции разделяются на:

• Обслуживаемые – пластины таких свинцово-кислотных батарей состоят из сплава плюмбума и сурьмы. В этих моделях обязательно контролируется уровень электролита, а при необходимости, производится его доливка.
• Частично обслуживаемые – плюсовая пластина выполнена из свинца и сурьмы, но с меньшим процентным содержанием последней, а минусовая из свинцово-кальциевого сплава, что обеспечивает меньшее газообразование. Электролит в них доливается крайне редко после аварийных режимов.
• Необслуживаемые модели — полностью герметичные, свинцовые пластины лигируются кальцием, оловом, реже серебром.

К их преимуществам относится низкая себестоимость и простота переработки после списания, малый процент саморазряда и хорошие рабочие токи. К недостаткам относится чувствительность к низкой температуре и циклам глубоких разрядов, которые существенно сокращают срок службы.

Щелочные

Щелочные тяговые аккумуляторы имеют схожую конструкцию с кислотными. Ощутимым отличием является наполнение – это никель-кадмиевые или никель-металлогидридные элементы. Вместо кислоты в них применяется щелочной электролит, поэтому обслуживание требует других мер безопасности.

К преимуществам щелочных аккумуляторов относятся:

• В сравнении со свинцовыми АКБ они отличаются длительным периодом эксплуатации, высокой энергоемкостью, проще переносят глубокие разряды.
• Можно длительно не подключать к зарядным устройствам, оставляя в состоянии полного разряда.
• Устойчивы к механическим воздействиям, вибрациям, не боятся кратковременных кз.

К недостаткам относится химическая активность кадмия, который может засорять окружающую среду, щелочные аккумуляторы обладают «памятью», для их обслуживания необходим штат профильных специалистов.

Литиевые

Являются одними из самых прогрессивных типов тяговых аккумуляторов, подразделяются на литий-ионные или литий-полимерные. Технология их производства сейчас активно развивается и совершенствуется, благодаря чему такие модели все больше вытесняют остальные виды.

К преимуществам литиевых тяговых источников питания относятся:

• Хорошее соотношение габаритов и энергетической емкости.
• Обладают быстрым насыщением электролита зарядами.
• Легко воспринимают попеременный цикл разрядки и воздействия тока зарядки, но доводить до полного разряда тяговый аккумулятор не допускается.

К недостаткам относится довольно большая цена таких батарей, связанная с дефицитом лития в природе и некоторые сложности обслуживания.

AGM и GEL

Обе модели имеют схожую конструкцию и принцип работы, однако их состав существенно отличается, пример конструктивного исполнения показан на рисунке ниже:

Рис. 3. Конструкция гелевого аккумулятора

Тяговые аккумуляторы GEL изготавливают по гелевой технологии – емкость наполнена вязким веществом, которое содержит большое число газовых включений. Внутри включения происходит реакция кислорода и водорода, с выделением энергии, а за счет большой плотности гелевого электролита газы не поднимаются вверх. В результате чего гелевые модели обладает большей емкостью и лучшими рабочими параметрами.

Технология AGM содержит жидкий электролит между пластинами. С тем отличием, что жидкость заключается в полимерное волокно, которое так же удерживает газовые смеси и не дает им подниматься.

Конструкция этого тягового аккумулятора приведена на рисунке ниже:

Рис. 4. Конструкция AGM аккумулятора

AGM аккумуляторы, как и GEL, используются в автомобилях, для лодочных электромоторов и т.д. Эти батареи позволяют существенно сократить затраты на их содержание и могут полноценно заменять стартерные модели.

Обзор производителей

Среди наиболее известных отечественных и зарубежных производителей тяговых аккумуляторов следует выделить такие компании.

Таблица: обзор производителей тяговых аккумуляторов

Наименование производителя	Краткое описание
Sonnenschein	Более века компания удерживается на рынке, аккумуляторы удовлетворяют требования практически любого потребителя.
Ventura	Специализируются на выпуске батарей по технологии AGM и GEL, в ассортименте представлены самые разнообразные модели.
Курский завод	Выпускает модели серии ТНЖ, ТНК, ТНЖШ, ориентируется на безрельсовый транспорт и горнодобывающие машины.
Тюменский завод	Производит свинцово-кислотные тяговые батареи с различными рабочими параметрами.
Великолукский завод	Также занимается выпуском источников питания для рельсового и безрельсового транспорта.
VS Battery	Отличаются применением передовых технологий в изготовлении тяговых аккумуляторов.

Итоговые критерии выбора

В виду важности обеспечения безопасного выполнения работ на соответствующих предприятиях, в цехах и т.д. необходимо ответственно подходить к выбору аккумулятора на тягу электродвигателя. Для этого вы должны сопоставить условия эксплуатации оборудования и параметры тягового аккумулятора:

• мощность тягового аккумулятора – определяет величину нагрузки, которую можно к нему подключить;
• величина напряжения на выводах тягового аккумулятора;
• емкость тягового аккумулятора – указывает на объем накапливаемой электрической энергии;
• температурный режим работы тягового аккумулятора;
• количество циклов разряда и заряда тягового аккумулятора.

Источник

Тяговые аккумуляторы: основные характеристики

Аккумуляторы необходимы для организации резервного питания, запуска двигателя и бесперебойной работы практически всей современной техники. В зависимости от области применения используются разные типы АКБ, которые отличаются по мощности, принципу работы и исполнению батареи. Среди источников питания такого типа стоит отдельно выделить приборы, назначение которых заключается в обеспечении работы электродвигателей. Для таких задач используют тяговые аккумуляторы, характеристики тока в которых отличаются от стартовых источников питания автомобиля.

Отличия стартерных и тяговых аккумуляторов

Для запуска автомобиля, оснащённого двигателем внутреннего сгорания, требуется стартерный тип аккумуляторной батареи. Особенностью такой системы является наличие высоких пусковых токов, которые находятся в пределах от 250 до 1000 Ампер. Вместе с показателем напряжения и ёмкости такие характеристики являются основными для стартерных батарей. Особенность их эксплуатации состоит в высокой чувствительности к критической потере заряда. Сильное разряжение значительно влияет на их дальнейшую работу, что может привести к невозможности использования батареи.

Стартерный аккумулятор рассчитан на кратковременную подачу мощного электрического импульса, необходимого для запуска двигателя. Затем АКБ переходит в режим зарядки, восполняя использованную электроэнергию. Современные тяговые аккумуляторы для погрузчиков, лодок и аналогичной техники работают по совершенно другому принципу. Подача питания происходит на постоянной основе, что требует наличия батареи способной накопить большое количество энергии. Стартерный аккумулятор относится к вспомогательным устройствам и не может стать заменой тяговой батареи.

Устройство кислотного тягового аккумулятора

Принцип работы тяговой батареи основан на преобразовании химических реакций в электрическую энергию. Как и стартерные, кислотные тяговые аккумуляторы имеют свинцовые пластины, но на этом их сходство заканчивается. Возможность постоянной подачи тока необходима для работы электротранспорта и аналогичной техники. Конструктивные особенности такой батареи требуют наличия массивных пластин способных обеспечить высокую автономность. Для подобных устройств вес не является ключевым показателем, и такие характеристики следует учитывать только для небольших транспортных средств.

Основные характеристики тяговых батарей можно определить по таким показателям:

• Номинальное напряжение – составляет 2в для каждого элемента. Для получения нужного напряжения выполняется последовательное подключение нескольких устройств. Так, для достижения показателей в 24в потребуется подключить два аккумулятора напряжением в 12в;
• Ёмкость – показывает какое количество электроэнергии агрегат выдаст до разрядки. Такие показатели зачастую превышают значение в 500 Ач и индивидуально подбираются к технике. Показатели ёмкости зависят от внешних условий и могут снижаться при отрицательных температурах;
• Срок службы – определяется в зависимости от типа батареи, материала и условий эксплуатации. В среднем такие показатели составляют 1500 циклов для устройств с жидким электролитом и 1200 циклов для гелевых батарей.

Преимущества АКБ тягового типа заключается в их огромном ресурсе, состоящем более чем в 1000 циклов разряда. Не менее важной будет и возможность практически полной разрядки без потери ёмкости. Для агрегатов такого типа падение уровня заряда до 5–7% не критично и не повлияет на дальнейшую работоспособность.

Тяговые аккумуляторы с жидким электролитом

Наибольшее распространение получили кислотные модели, использование которых возможно в различных областях. Небольшие тяговые аккумуляторы с жидким электролитом способны функционировать в режиме глубокого разряда и подойдут для управления лодками, гарантируя надёжную работу двигателя. Тяжелые электропогрузчики не требовательны к компактности такого агрегата и решающим показателем будет ёмкость батареи. Среди современных аккумуляторов можно выделить такие категории:

• WET – традиционная технология с электролитом из серной кислоты и дистиллированной водой. Исполнение таких агрегатов может предусматривать обычное или ограниченное техобслуживание, а необслуживаемые модели имеют маркировку SM/MF. Такие батареи часто обладают большим весом и используются для погрузчиков и аналогичной техники. Для проведения зарядки таких моделей необходимо наличие зарядной комнаты;
• VRLA – более прогрессивная технология, позволяющая существенно сократить размеры аккумулятора. Эти батареи относятся к необслуживаемым моделям и экологически безопасны. По методу фиксации электролита существуют модели с жидким электролитом и гелевые, которые наиболее удобны в эксплуатации. Такой тяговый аккумулятор подойдёт для лодочного мотора или другой техники, имеющий особые требования к размерам.

Среди подобных устройств существуют модели для любого вида техники. Компактные тяговые аккумуляторы для инвалидных колясок не занимают много места, а батарея для электромотора большой мощности может иметь существенные размеры. В зависимости от области применения можно выбрать герметичные необслуживаемые модели или остановится на АКБ, заряжать которые не представляет проблем.

Технология свинцово-кислотных батарей

Современный тяговый аккумулятор может иметь конструкцию, основанную на абсорбирующих стеклянных матах или использовать вместо электролита силикагель. По этой методике изготавливают аккумуляторы для электровелосипедов и схожих устройств. Основные типы свинцово-кислотных аккумуляторов выполняются по такой технологии:

• AGM – использование стеклоткани гарантирует надёжное удержание электролита, не позволяя ему испариться. Плотное расположение пластин обеспечивает высокую ёмкость батареи и гарантирует их пропитку электролитом. Такие аккумуляторы быстро заряжаются, снижая риск глубокого разряда, и полностью восстанавливают свои показатели после цикла зарядки;
• GEL – на основе жидкого электролита и двуокиси кремния создаётся желеобразная масса, которая размещается между электродами. Заполнение всех пор увеличивает срок службы батареи и делает невозможным осыпание пластин. Такие модели не восприимчивы к глубокому разряду, а срок их службы может достигать 20 лет.

Каждая из технологий имеет свои преимущества, и решить, как правильно выбрать акб достаточно просто. Гелевые модели более удобны в эксплуатации, их саморазряд составляет 1-3 % в месяц, но цена на такие устройства довольно высока. AGM батареи способны восстановить свой заряд за 2-5 часа, что будет интересно рыбакам и туристам.

Литий-ионные аккумуляторы

Появление тяговых батарей, в которых в качестве положительного электрода выступает литий сделало эксплуатацию электроприборов более практичной. Наибольшего внимания заслуживают литий-ионные аккумуляторы, которые обладают огромным ресурсом и удобны в эксплуатации. Их характеристики требуют особого внимания и имеют такие преимущества:

• Ресурс Li-Ion батарей превышает 3000 циклов, что в 2-3 раза больше моделей другого типа;
• Время заряда сокращенно до 1-2 часов, против 5-12 для гелевых батарей;
• Показатель саморазряда литиевых устройств составляет до 1% в месяц;
• Простая подзарядка и отсутствие необходимости в обслуживании.

Тяговые батареи, изготовленные по Li-Ion технологии можно подобрать для любого вида техники. Гибридные автомобили, погрузчики и лодочные двигатели только незначительная область их применения. Такие устройства не следует хранить разряженными и восстанавливать ёмкость необходимо сразу после разрядки, что убережёт их от поломки. Все литиевые тяговые аккумуляторы способны работать при отрицательных температурах и не боятся жары. Для таких моделей допустимо использовать автомобильное зарядное устройство с функцией ручного ограничения тока, а напряжение батареи должно быть 12 вольт.

Зарядка и восстановление тяговых аккумуляторов

Каждое зарядное устройство для тягового аккумулятора должно учитывать параметры батареи. При подключении такого прибора происходит обработка информации с чипа батареи для полного контроля всех параметров тока. Наиболее эффективными являются интеллектуальные зарядные устройства, изменяющие напряжения в зависимости от состояния батареи. Такие приборы зачастую обладают функцией автоматического отключения, что исключает хронические недозаряды и необходимость восстанавливать батарею.

При длительном простое в разряженном состоянии потребуется восстановление тяговых аккумуляторов, которое проводится в сервисных центрах. Для недопущения подобных ошибок следует соблюдать все условия эксплуатации тяговых батарей. Проведение восстановительных работ позволяет продлить жизнь аккумулятора на 1-3 года, что выгодней покупки нового прибора. Целесообразность таких процедур зависит от состояния батареи, и восстанавливать стоит устройства потерявшие ёмкость до выработки гарантийного цикла перезарядки. Все тяговые аккумуляторы удобны в эксплуатации и нетребовательны в обслуживании. Их покупка возможна для любого вида техники, а выбор подходящей модели зависит от собственных предпочтений и области применения.

Источник