Применение тяговых аккумуляторных батарей в энергетике

Электролит

Электролит в тяговых аккумуляторах играет ключевую роль. Заливают его один раз, при вводе в эксплуатацию, и от его качества зависит стабильность эксплуатации батареи на протяжении ее срока службы (именно поэтому лучше приобретать батареи, залитые и заряженные в заводских условиях). При эксплуатации АКБ во время заряда в результате электролиза вода разлагается на кислород и водород (визуально это выглядит как кипение электролита), вот почему требуется периодически доливать воду. Уровень электролита, как правило, определяют по меткам min и max на заливной пробке. Кроме того, существует система автоматического долива воды Aquamatic, которая существенно ускоряет этот процесс.

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.

Историческая справка

Идея загустить электролит батареи до состояния геля появилась у доктора Якоби, разработчика компании Sonnenschein, в 1957 г. В том же году была запатентована технология dryfit и начато производство гелевых батарей. Интересно, что первые их аналоги начали появляться на рынке только в середине 1980-х, в это время Sonnenschein имела уже почти 30-летний опыт производства таких батарей.

Электрической емкостью АКБ называется количество электричества, снимаемое при разряде АКБ. Емкость может измеряться в разных режимах, например, при 5-часовом разряде (С₅) и 20-часовом разряде (С₂₀). При этом у одной и той же батареи получится разное значение емкости. Так, при емкости батареи С₅ = 200 А·ч емкость С₂₀ той же самой батареи будет равна 240 А·ч. Этим иногда пользуются для завышения емкости батареи. Как правило, емкость тяговых аккумуляторов измеряют в 5-часовом режиме разряда, стационарных – в 10-часовом или 20-часовом, стартерных – только в 5-часовом режиме. Кроме того, при снижении температуры батареи ее полезная емкость уменьшается.

Габаритные размеры, как правило, имеют определяющее значение, поскольку в любой технике на электротяге для аккумулятора предусмотрено специальное посадочное место. Точный размер ящика зачастую можно узнать по модели машины.

Срок службы АКБ (для ведущих западноевропейских производителей) определяется DIN/EN 60254-1, IEC 254-1 и составляет 1500 циклов для батарей с жидким электролитом и 1200 циклов для гелевых батарей. Однако реальный срок службы может сильно отличаться от этих цифр, причем, как правило, в меньшую сторону. Он зависит прежде всего от качества производства и используемых материалов, от правильности эксплуатации и своевременности обслуживания, от режима работы, а также типа используемого зарядного устройства.

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.

В чём сходства и отличия

Теперь следует разобраться в том, чем отличаются тяговые аккумуляторы от стартерных и что между ними есть общего.

Первым и ключевым отличием тягового типа аккумулятора от стартерного является их назначение. Первые выступают как постоянные источники питания, в то время как стартерные обладают кратковременным воздействием. Их задача просто в том, чтобы запустить двигатель. Далее АКБ только заряжается и фактически находится в состоянии покоя до следующего пуска. От тяговой батареи питание на потребитель идёт постоянно.

Если же смотреть на конструктивные особенности и устройство, здесь есть несколько пунктов, чтобы понять, чем тяговый аккумулятор на деле отличается от стартерного типа АКБ. Речь идёт о таких свойствах:

• стартерные устройства имеют куда более тонкие пластины в сравнении с тяговыми;
• у электролитов применяется несколько разный химический состав;
• силовая, то есть тяговая АКБ, предусматривает использование более толстого и прочного корпуса, чтобы выдерживать нагрузку от пластин;
• поскольку пластины у стартерных устройств тоньше, они меньше по весу и размерам.

Не все понимают, почему пластины настолько разные по толщине.

Привычные АКБ для запуска двигателя имеют многочисленные, тонкие, компактно расположенные друг к другу пластины. Это нужно для того, чтобы накапливать большое количество энергии и выдавать мощный пусковой ток.

Но перед силовой батареей такая задача не стоит. Из-за этого пластины делают толще и больше. Тем самым источник питания работает продолжительное время, пластины не осыпаются и не разрушаются.

Подобное отличие ещё не говорит о том, что между батареями нет ничего общего. Как у тягового аккумулятора, так и у стартерного источника питания есть несколько схожих моментов. В именно:

• предусмотрено наличие положительных и отрицательных электродов (есть «плюс» и «минус»);
• в обоих случаях внутри корпуса находится электролит, пусть он и может отличаться по составу;
• вся конструкция заключена в пластиковый корпус.

Остаётся лишь актуальным вопрос об их взаимозаменяемости.

Золотые правила

При эксплуатации батарей нужно соблюдать следующие основные правила:

• Ни в коем случае не оставлять батарею в разряженном состоянии. После каждого разряда необходимо сразу ставить батарею на подзарядку, иначе начнется необратимый процесс сульфатации пластин. Это приводит к снижению емкости и срока службы батарей.

• Разряжать батарею не более чем на 80% (для гелевых АКБ – 60%). Как правило, за это отвечает датчик разряда, установленный на машине, однако его поломка, отсутствие или неправильная настройка может также привести к сульфатации пластин, перегреву батарей при заряде и в конечном итоге сокращению срока их службы.

• В АКБ можно доливать только дистиллированную воду. В обычной воде содержится множество примесей, оказывающих негативное влияние на аккумуляторную батарею. Долив электролита в АКБ для увеличения плотности запрещен: во-первых, это не даст прироста емкости, а во-вторых, вызовет необратимую коррозию пластин.

Чистка АКБ

Чистота абсолютно необходима не только для хорошего внешнего вида батареи, но в значительно большей степени – для предотвращения несчастных случаев и ущерба, уменьшения срока службы, а также для того, чтобы АКБ находилась в состоянии, пригодном к эксплуатации. Аккумуляторные корпуса, ящики, изоляторы необходимо чистить для обеспечения требуемой изоляции элементов по отношению один к другому, по отношению к земле («массе») или внешним проводящим частям. Кроме того, очистка позволяет избежать коррозионных повреждений и возникновения блуждающих токов. Вне зависимости от времени работы и места на АКБ неизбежно оседает пыль.

Небольшое количество электролита, выступающего из батареи во время заряда после достижения напряжения газообразования, образует более-менее токопроводящий слой на крышках элементов или блоков, по которому протекают блуждающие токи. Результатом является повышенный и неоднородный саморазряд элементов или блоков. Это одна из причин того, почему операторы электрических машин жалуются на упавшую емкость батареи после того, как техника не эксплуатировалась в течение выходных дней.

Аккумуляторный журнал и организация работы

При использовании парка электропогрузчиков целесообразно закреплять за каждым погрузчиком свои АКБ. Для этого их нумеруют: 1а, 1б, 2а, 2б и т. д. (батареи с одинаковым номером используются на одном и том же погрузчике). После этого заводят журнал, в котором о каждой АКБ ежедневно отражается информация, проиллюстрированная на примере.

Таким образом, с помощью данного мероприятия можно избежать использования недозаряженных батарей, а также спрогнозировать и спланировать замену АКБ до полного выхода ее из строя. Помимо этого по каждой батарее целесообразно вести еще один журнал, в котором раз в месяц отражается информация о батарее, перечисленная в примере 2. Эти данные являются основным источником информации для сервисной службы, поэтому зачастую ведение такого журнала является обязательным условием гарантийного обслуживания. За все аккумуляторное хозяйство должен быть ответственен один или два (в случае двухсменной работы) человека. В их обязанности по данной зоне ответственности должны входить прием и выдача АКБ, их обслуживание и заряд, ведение аккумуляторных журналов, прогнозирование выхода АКБ из строя.

Правила хранения и эксплуатации

Периодически необходимо проверять внешний вид батареи: не поврежден ли корпус, есть ли на клеммах продукты окисления, не произошла ли утечка электролита в случае, если АКБ имеет жидкий кислотный состав. Нужно регулярно проверять уровень содержания жидкого электролита — любая жидкость имеет свойство испаряться, особенно в условиях закрытых помещений и повышенной температуры. Если электролита мало, его следует добавить внутрь АКБ через специальное отверстие. При этом руки должны быть защищены резиновыми перчатками.

Новые аккумуляторы находятся в полностью заряженном состоянии и не нуждаются в подзарядке перед началом использования. Не стоит ставить их близко к источникам тепла во избежание возгорания газообразующих веществ. Если на аккумуляторе есть внешние загрязнения, их следует убирать мягкой тряпочкой, которая смочена водой. Использовать масла, растворители и другие химические вещества нельзя.

Также нельзя разбирать аккумулятор, а если жидкий электролит попадет в глаза или на кожу, пораженный участок сразу промыть чистой водой.

Зарядка тяговых АКБ должна проводиться своевременно, согласно инструкции по применению. Хранить аккумуляторы, которые не используются, следует в прохладных помещениях с постоянной температурой и не оставлять их в условиях попадания прямых солнечных лучей. Гелевые аккумуляторы дольше могут находиться без подзарядки, они держат стабильный заряд в течение года — при условии их хранения в сухом помещении. Подробнее о сроках хранения аккумуляторов до начала эксплуатации →

Источники

• https://sitmag.ru/article/10068-tyagovye-svintsovo-kislotnye-akkumulyatornye-batarei-ekspluatatsiya-i-obslujivanie
• https://IstochnikiPitaniy.ru/akkumulyatory/batarei/tyagovye.html
• https://www.asutpp.ru/tyagovye-akkumulyatory.html
• https://batteryk.com/tyagovye-akkumulyatory
• https://DriverTip.ru/osnovy/tyagovye-akkumulyatory.html
• https://BatteryZone.ru/accumulator/tjagovyj-akkumuljator
• https://akbinfo.ru/vybor/tjagovye-akkumuljatory.html
• https://myownship.ru/acessories/akkumulyatory/tyagovyj-dlya-motora.html

Post Views:
1 872

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.

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.

Назначение и характеристики

У аккумуляторных батарей, предназначенных для запуска двигателей внутреннего сгорания – стартерных или пусковых, нормируется три основных показателя:

1. Номинальное напряжение. Традиционными являются напряжения 6 либо 12 В для мотоциклов, 12 В – для бензиновых и дизельных силовых установок автомобилей, снегоходов, лодочных моторов, 24 В – для дизельных двигателей большой мощности. Среднее напряжение одного аккумулятора бывает, как правило, 2 В. Суммарное напряжение аккумуляторной батареи получается в результате последовательного соединения необходимого количества аккумуляторов.
2. Емкость аккумуляторной батареи, которая измеряется в Ач (Ампер*час). Этот показатель может варьироваться от 5 до 190 и более Ач в зависимости от назначения батареи. Чем выше мощностные характеристики двигателя, тем больше по обыкновению требуется емкость источника тока для его запуска.
3. Пусковой ток. Весьма существенный параметр, которым характеризуются автомобильные аккумуляторные батареи. Объясняется это тем, что в момент пуска ДВС, электростартер потребляет очень большой ток, который и имеет название «пусковой». Понятно, что для того, чтобы запустить мощную дизельную силовую установку требуется порой существенные по значению пусковые токи, которые могут доходить до 1000 и более Ампер.

Стартерные АКБ весьма чувствительны к глубокому разряду. Так 20–30 кратное разряжение ниже показателя 10 В приводит батарею к практически полной утрате своих аккумулирующих свойств.

Тяговая аккумуляторная батарея не дает возможности создания пускового тока высокой плотности, ее предназначение заключается в отдаче стабильной по напряжению и силе тока энергии в течение длительного времени.

Тяговые батареи применяют в качестве источника энергии для электромоторов (погрузчики, лодки, скутеры, велосипеды)

Разряжаться такие источники питания могут почти до нулевых значений без потери своих аккумулирующих электрическую энергию свойств. Производители рекомендуют минимальное поддерживать напряжение разряда на уровне 5–7% от напряжения, декларируемого номинальным.

Основные нормируемые показатели для тяговых АКБ:

1. Номинальное напряжение. Напряжение одного аккумулятора составляет, за редким исключением, 2 В. Последовательным соединением нескольких аккумуляторов создаются источники питания с необходимым номинальным напряжением. Так тяговая аккумуляторная батарея 24В (24V) создается путем последовательного соединения двух 12В аккумуляторов.
2. Емкость тяговой АКБ, как и стартерной, измеряется в Ач. В технике с электрическим приводом, а также в источниках бесперебойного питания применяются батареи аккумуляторов с суммарной емкостью, превышающей зачастую 500 Ач. Этот параметр в значительной степени зависит от температуры среды, в которой эксплуатируется АКБ – при пониженных температурных показателях емкость батареи может снижаться на 10–15%. Именно поэтому в паспортных данных для тяговых аккумуляторов приводится обычно два показателя – при температуре 5оС и при 20оС.

Емкость тяговых батарей уменьшается при понижении температуры, при старении (увеличении количества циклов заряда-разряда) и неправильной зарядке.

Как выбрать зарядное устройство для тяговых аккумуляторов

Зарядное устройство для тяговых аккумуляторов должно обеспечивать качественное восстановление заряда АКБ. Обычное ЗУ для стартерных батарей не всегда можно использовать для зарядки тяговых аккумуляторов.

Прежде всего, в таком устройстве может генерироваться недостаточное напряжение. Например, для подзарядки многих тяговых АКБ, необходимо напряжение в 48v, что обычные устройства не способны обеспечить.

Мощность тока также очень важна, ведь тяговый аккумулятор может использоваться в ежедневном режиме и для восполнения электропотерь необходимо обеспечить достаточно высокие показатели силы тока.

От этого показателя будет зависеть сечение подключаемых проводников, поэтому провода с «крокодилами» от обычной зарядки также нельзя использовать для подключения более мощных ЗУ к батарее.

Новое зарядное устройство рекомендуется покупать только в том случае, если данная модель одобрена производителем батареи.

Как правильно заряжать

Для того, чтобы провести правильную зарядку тягового аккумулятора, необходимо воспользоваться специально предназначенным для таких целей устройством электропитания. Показатель тока зарядки должен соответствовать 1/10 от емкости аккумулятора. К примеру, емкость АКБ в данный момент составляет 60 Ач. В данном случае, показатель тока зарядки должен быть 6 А.

Для подготовки аккумулятора к зарядке необходимо вначале очистить клеммы от грязи и смазки. На самом зарядном устройстве проверить, чтобы переключатель был выключен. Проверить целостность ведущих проводов и зажимов. Стандартно красный провод — это «плюс», а черный — «минус». «Плюс» зарядного устройства подсоединяется в положительной клемме аккумулятора, а «минус» — к отрицательной.

В зависимости от выходного напряжения тягового аккумулятора, на зарядном устройстве выставляется напряжение 12 или 24 вольта.

Также необходимо проверить, чтобы отверстия для выхода газов, возникающих в процессе зарядки, были свободными. После этого подключить зарядное устройство к сети и поставить сам аккумулятор на заряд. В целях соблюдения техники безопасности заряжать аккумулятор необходимо в хорошо проветриваемом помещении.

Стадии зарядки

Если коротко описать как заряжать тяговый аккумулятор, то получится последовательность действий, включающая в себя три этапа:

• Насыщение. На первой стадии насыщения процесс протекает быстро, при максимуме тока на ЗУ. Напряжение устанавливается в зависимости от степени разряда. Длительность зависит от номинальной емкости и силы зарядного тока (емкость 60Ah при токе 6A зарядится приблизительно через 10 часов). Сила тока заряда определяется в зависимости от конкретной батареи, но не может быть выше 100% ее емкости (ниже 10% ставят в исключительных случаях). Заряжают до тех пор, пока не наберется 80% емкости.
• Поглощение (абсорбция). Напряжение на стадии поглощения остается на уровне, достигнутом на первой этапе, а сила тока постепенно снижается, вплоть до максимальной зарядки.
• Поддержка. Третий этап поддерживающей зарядки наступает после понижения, потребляемого батареей, тока менее чем до двух процентов от его емкости. Чтобы исключить закипание, ЗУ автоматически уменьшает напряжение до 13,8V. Чрезмерное напряжение является причиной преждевременного старения положительных решеток, а недостаточное приводит к сульфатации, по причине неполной зарядки аккумулятора.

Недостаточный заряд и перезаряд

На пластинах не полностью заряженной тяговой батареи, особенно если недозаряд регулярен, появляются частицы сульфатов, которые ощутимо увеличивают сопротивление. Из-за этого ЗУ не может откалибровать зарядное напряжение, что приводит к еще большей недозарядке и сульфатации соответственно.

Чрезмерный заряд

Особенно опасен для аккумуляторов с желеобразным электролитом и AGM устройств. Во время длительной перезарядки закипает жидкий реагент, инициируя неконтролируемый нагрев с постоянным повышением температуры.

Особенности тяговых аккумуляторных батарей

Теперь следует рассмотреть тяговый вариант аккумулятора, что даст возможность отличить подобные источники энергии от ранее рассмотренных стартерных АКБ.

Тяговые батареи относятся к принципиально другому типу источников питания. И ключевое отличие заключается именно в принципе работы.

Вот и получается, что стартерные приборы выдают небольшой, но постоянный ток, необходимый для длительного и непрерывного функционирования потребителя. Основной сферой применения тяговых АКБ стали погрузчики, тягачи, складская техника, электромоторы для лодок, гибридные и полностью электрические автомобили.

Также они отлично себя показали в качестве источников питания для альтернативных энергонакопителей. Это те же самые солнечные батареи, ветрогенераторы и пр.

Тяговые АКБ отличаются повышенной устойчивостью к длительным нагрузкам, что позволяет им беспрерывно работать в течение нескольких часов, а иногда даже и дней. Всё зависит от того, сколько энергии может дать батарея и сколько энергии требуется потребителю.

А теперь сравните эти параметры со стартерными АКБ, где разряд от 12,7 до 10 В уже считается недопустимым.

Среди основных особенностей тяговых источников питания можно выделить:

• стойкость к глубокому разряду;
• способность работать в условиях низких температур;
• внушительный температурный диапазон работы, составляющий от -30 до 65 градусов Цельсия;
• разнообразие батарей по напряжению от 2 до 24 В;
• ёмкость таких АКБ варьируется от 30 до 300 Ампер, но есть и более мощные модели.

Как видите, диапазон по мощности отличается от характеристик, актуальных для стартерных батарей.

Ещё стоит обратить внимание на то, что производители тяговых АКБ обычно указывают 2 параметра ёмкости, в зависимости от температуры. Это диапазон от 2 до 5 градусов, и от 20 до 25 градусов Цельсия

Когда температура низкая, реальная ёмкость может отличаться от номинальной примерно на 10–15%.

Высокие показатели пускового тока здесь не предусмотрены. И это крайне важный момент, который во многом позволяет ответить на все вопросы.

Что же касается разновидностей, то тяговые АКБ могут быть:

• серебряно-цинковыми;
• свинцово-кислотными;
• гелевыми;
• никель-кадмиевыми;
• никель-металлгидридными;
• литий-ионными;
• литий-полимерными;
• литий-железо-фосфатными;
• литий-титановыми.

Как вы знаете, литий-ионные АКБ получили широкое распространение в гибридном и электрическом транспорте. Ряд категорий тяговых АКБ вовсе не применяются в каком-либо наземном транспорте. Те же серебряно-цинковые актуальны для космической и авиационной отраслей, а литий-полимерные применяются в телефонах, радиотехнике и цифровых аппаратах.