Особенности тяговых аккумуляторов: сравнение с обычными и сфера применения

Содержание

Для старта автомобилей в каждом есть аккумулятор. Его назначение: при запуске отдать энергию стартеру в виде короткого импульса – не больше нескольких секунд, но в этот момент ток достигает величин от 300 до 1300 Ампер. Их называют стартовыми или стартерными. Но есть другой вид аккумуляторов, которые называются тяговыми.

Что такое тяговые аккумуляторы

Такие аккумуляторы используются для обеспечения работы электродвигателей машин в закрытых помещениях. Их задача, в отличии от стартерных, в течении длительного времени отдавать энергию для работы небольшими порциями.

Положительные и отрицательные стороны тяговых аккумуляторов

Тяговые аккумуляторные батареи широко используются для обеспечения длительной работы электродвигателей и имеют много преимуществ:

Отработанная технология и массовое изготовление тяговых аккумуляторов полностью автоматизировано и поэтому имеет достаточно низкую стоимость.
АКБ хорошо переносят нагрузки по мощности.
Имеют низкий саморазряд (в 5-7 раз ниже чем никель-кадмиевая батарея).
После окончания срока службы сдается на специальные заводы для переработки и их остатки не портят экологическую обстановку.
Просто разбираются и подвергаются замене элементов.
Конструкция ориентирована на легкое обслуживание и регулировку плотности электролита.
Оптимальное соотношение качества и стоимости.
Срок службы составляет 5-6 лет. Гарантийный срок 1,5 года с момента покупки.

Но такая АКБ не лишена недостатков.

Вот они:

Низкая плотность энергии в батарее.
Боится глубокого разряда – если допустить разряд больше 80%, то срок службы резко уменьшается.
Достаточно низкий КПД. При зарядке теряется около 30% энергии потраченной на заряд.
Не полная отдача запасенной энергии при высоких токах разряда.
Требуется тщательно контролировать уровень электролита.
При неправильной эксплуатации может быстро выйти из строя.

Надо заметить, что недостатки идут в основном от ошибок при эксплуатации и нерегулярном обслуживании. Доступная цена и хорошее качество являются плюсами, которые перевешивают все недостатки при правильном и регулярном обслуживании.

Устройство: в чем сходство и различие

Сначала про сходства:

Оба вида аккумуляторов и стартерные, и тяговые имеют один принцип использования химической реакции для преобразования химической энергии в электрическую.
Они имеют похожую конструкцию.
Используются те же материалы для изготовления пластин и получения электролита.

Но в связи с разницей в их назначении:

стартерные предназначены для отдачи большого количества энергии в короткий период времени;
тяговые для отдачи электричества небольшими порциями, но длительный период времени.

Отсюда есть различия в конструкции и вариантах работы:

Пиковые нагрузки. Стартерные имеют более тонкие пластины с большой площадью контакта электродов с электролитом. Это делается для того, чтобы в пиковые нагрузки отдать больше энергии. Тяговые имеют более толстые пластины именно для растягивания запаса химической энергии в процессе отдачи.

Количество циклов заряда-разряда. Тяговые сильно выигрывают в количестве циклов заряда-разряда именно из-за своей конструкции.

Чувствительность к глубоким разрядам. Стартерные вообще не рекомендуется разряжать больше чем на 30% так как при этом может пройти сильная сульфатация, потеря емкости и разрушение пластин.

Габариты и вес. Тяговые массивнее и тяжелее чем стартерные.

Виды тяговых аккумуляторных батарей

Тяговые аккумуляторы имеют разновидности по конструкции с маркировкой:

WET – свинцово-кислотный силовой аккумулятор с жидким электролитом в свободном состоянии;
VRLA – более современные с клапанной системой для сброса избыточного давления;
SLA (AMG, GEL) – уплотненные АКБ в которых используется сепаратор из стекловолокна;
GEL – имеют электролит в виде желеобразной массы.
Щелочные АКБ – используют железный или кадмиевый положительный электрод и никель в качестве отрицательного электрода. Электролит- гидроксид натрия или калия в водном растворе.
Литий-ионные аккумуляторы разных конструкций с органическим электролитом.

Свинцово-кислотные WET

Тяговые кислотные аккумуляторы наименее приспособленные для использования в качестве тяговых, но являются самыми ранними по началу изготовления и в процессе производства были разработаны специальные технологии (панцирная) для использования в качестве тяговых. Панцирная технология лучше удерживает материал электрода от разрушения и предотвращения образование крупных кристаллов свинца при разряде.

AGM и GEL

Более поздняя технология лучше приспособлена для использования АКБ в качестве тяговой.

Они легко и без последствий переносят глубокий разряд и не требуют заливки воды. Не получили достаточно широкого распространения из-за высокой стоимости.

Щелочные

Имеет много преимуществ перед кислотными:

легко переносят глубокий разряд;
не боятся находиться в разряженном состоянии долгое время;
выдерживают большие разрядные токи;
устойчивы к вибрациям и сильной тряске;
имеют более высокую энергоемкость и более длительный срок службы;
меньший саморазряд.

Но есть и недостатки:

сложное обслуживание (требуется квалифицированный персонал);
ярко выражен «эффект памяти»
кадмий – ядовитое вещество, поэтому производство и переработка сложные.

Литиевые

Эти аккумуляторы подразделяются на литий-ионные и литий-полимерные. Для тяговых используются литий-ионные АКБ.

Их преимущества:

высокая энергоемкость (как следствие небольшие размеры при одинаковых других параметрах);
быстрый заряд;
Отлично работают в режиме заряд-разряд.

Недостатки:

запасы лития ограничены;
боятся глубокого разряда и перезаряда (обязательно ставят защиту);
бояться минусовой температуры;
очень дорогие.

Отметим, что их преимущества широко используют во многих видах техники:

электомобилях и гибридных автомобилях;
смартфонах;
различных гаджетах типа квадрокоптеров и дронов;
инвалидных колясках;
электровелосипедах;
электроскутерах.

Прочие

Находящиеся сейчас в разработке, но не имеющие пока промышленных образцов. Это такие как модификации литий-ионных, работы по замене лития натрием, графеновые аккумуляторы.

Маркировка и характеристики тяговых АКБ

Иностранные:

PzS – панцирные по стандартам DIN – Германия;

PzB – панцирные по стандартам BS- Британия;

PzV — с гелевым наполнителем.

Отечественные:

Тюменский завод — тип PzS различной емкости и напряжения;
Курский завод выпускает серии ТНЖ и ТНК различной емкости для напольного транспорта, серии ТНЖШ и FLM (железо-никелевые), ТНКШ KL (никель-кадмиевые) для питания шахтного транспорта.
Великолукский завод выпускает серии FL/FH различных параметров для напольного транспорта и рудничных электровозов.

Сфера применения

Тяговые АКБ используются для машин, работающих в закрытых помещениях, где нельзя использовать двигатели внутреннего сгорания.

Это:

Складские помещения — где работают погрузчики, штабелеры, электротележеки и т. д.
Транспорт для работы в шахтах – тягачи, рудничные электровозы, дрезины.
Емкости, обеспечивающие электроэнергией потребителей, работающих от альтернативных источников энергии. Их ставят параллельно ветрогенераторам, солнечным батареям. Когда работают альтернативные источники они заряжаются, ночью или в тихую погоду аккумуляторы питают потребителей.
Электрические или гибридные автомобили также имеют тяговые аккумуляторы.
Для питания электродвигателей в различных устройствах в быту – инвалидные коляски, детские машины, скутеры, велосипеды, гольф-кары и т. д.

Критерии выбора тяговых аккумуляторов

Их немного, это:

Емкость аккумулятора. Она измеряется в ампер/часах. В процессе работы емкость снижается из-за устаревания активной массы пластин. На емкость также сильно влияет сила тока разряда. При форсированном разряде АКБ отдаст меньше энергии чем при малой величине тока. При высокой температуре емкость вырастает, но сокращается срок службы.
Количество циклов заряда-разряда. На этот параметр влияет глубина разряда. Если не допускать глубины разряда на величину более 60%, то количество циклов увеличится на 30-40%. Если допустить более глубокий разряд до 80%, то ресурс катастрофически быстро снижается.
Напряжение которые выдает АКБ. Оно стандартное и составляет: 6, 12, 24, 40, 44, 48, 80 вольт.
Типоразмер. E –узкие, L – широкие.
Репутация компании производителя. Проверить при покупке аккумулятор практически невозможно. Рекомендуется выбирать брендовые компании, дающие всю исчерпывающую информацию о своем товаре. Им нечего скрывать. Покупка «кота в мешке» от производителя с минимально открытой информацией не приведет ни к чему хорошему.

Правила хранения и эксплуатации

Хранение определяет несколько правил:

Хранить только в заряженном состоянии. Перед длительным хранением лучше зарядить аккумулятор.
Заряжайте АКБ сразу после использования. Даже после 20% разряда в аккумуляторе начинаются необратимые процессы образования нерастворимых соединений серы (сульфатация), которые снижают емкость батареи.
Температура хранения в пределах от 0 до 25^оC без попадания на батарею солнечных лучей. С повышением температуры электролит становится более текучим и легко попадает в поры активной массы. Емкость АКБ увеличивается, но падает срок службы. При минусовых температурах емкость аккумулятора сильно падает из-за увеличения вязкости электролита.
Своевременно, строго по инструкции производителя, обслуживайте АКБ, если это указано в инструкции следите за уровнем электролита.
Замена аккумулятора в блоке из нескольких батарей должна быть одновременной. В противном случае новый аккумулятор будет постоянно работать в режиме подзарядки других и быстро выйдет из строя.

Как выбрать зарядное устройство для тяговых аккумуляторов

Зарядное устройство – инструмент от которого зависит качество зарядки и длительность службы АКБ. При выборе прежде всего нужно ориентироваться на марку АКБ. Батарея и зарядное устройство лучше иметь одной фирмы.

При выборе также требуется обратить внимание на:

Вид аккумулятора. Если он необслуживаемый «зарядка» должна иметь профиль для необслуживаемых АКБ.
Время подготовки. Если не требуется использовать аккумулятор круглосуточно, то время заряда должно быть побольше – это продлит срок службы АКБ. В случае необходимости быстрого заряда приобретают зарядные устройства с возможностью ускоренного заряда (например, систему перемешивания электролита).
Наличие в профиле устройства функции «поддерживающего заряда» которая поддерживает уровень заряда в аккумуляторе при низкой загрузке, когда в работе аккумулятор используется не больше 1,5-2,5 часа в сутки.
Конструкция зарядного устройства должна включать высокочастотный трансформатор и контроллер – устройство, умеющее автоматически выбирать оптимальный режим зарядки.

Зарядка тягового АКБ

Правильная зарядка положительно влияет на скорость зарядки и долговечность аккумулятора.

Рекомендуется заряжать аккумулятор обязательно на 100%.

Стадии зарядки

Существует три стадии зарядки:

Насыщения – ток в эту фазу должен быть высоким. В этот момент АКБ хорошо усваивает энергию до 80% емкости заряда.
Следующая стадия – фаза поглощения при ней аккумулятор потребляет только тот ток, который усваивается. Соответственно ток заряда должен уменьшаться. Длительность этой фазы зависит от глубины разряда. Чем он был глубже, тем фаза дольше. Процесс длится почти до 100% заряда АКБ.
Последняя стадия – фаза стабилизации. Ток заряда снижается до минимальных значений и становится поддерживающим. Слишком большой приводит к ускоренному старению пластин, слишком малы к сульфатации. Для разных видов аккумуляторов он разный. Стабилизацию батарей с жидким электролитом проводят каждые 20-50 циклов. Она уменьшает количество кристаллов сульфата свинца. У гелиевых АКБ этой фазы нет.

Недостаточный заряд

Недостаточный заряд приведет к сульфатации пластин и снижению емкости аккумулятора.

Чрезмерный заряд

Приведет к тому, что лишний ток пойдет на разложение воды на водород и кислород – каждый у своего электрода. Аккумулятор «закипит». Если помещение плохо проветривается, то скопившаяся гремучая смесь может взорваться от искры или открытого огня.

Можно ли тяговый аккумулятор использовать вместо стартерного

Из-за недостаточно высоких пиковых токов тяговый аккумулятор 12В не подойдет по силе тока чтобы стартер провернул двигатель. Кроме того, пиковые нагрузки пагубно влияют на долговечность тягового АКБ.

Тяговые аккумуляторы — что это такое, устройство и принцип действия