Тяговый аккумулятор принцип работы

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

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