Тяговые акумуляторы: особенности и сферы использования

Аккумуляторными батареями сейчас пользуется подавляющее большинство населения планеты – без них невозможна работа телефонов, мобильных бытовых устройств и автомобилей. В транспорте, помимо наиболее распространенных стартерных АКБ, применяются тяговые аккумуляторы, более подробно о которых будет рассказано далее.

Содержание

Что такое тяговые аккумуляторы – устройство, особенности конструкции
Назначение
Разновидности
WET
VRLA
SLA (AMG, GEL)
GEL
Щелочные (никель-железные) аккумуляторы
Маркировка и характеристики тяговых АКБ
Маркировка
Отличие от стартерных
Использование для пуска автомобильного двигателя
Положительные и отрицательные стороны тяговых аккумуляторов
Правила хранения и эксплуатации
Зарядка тягового АКБ
Стадии зарядки
Недостаточный заряд и перезаряд
Чрезмерный заряд
Популярные бренды тяговых АКБ

Что такое тяговые аккумуляторы – устройство, особенности конструкции

В большинстве своем, это обычные свинцово кислотные аккумуляторы, предназначенные для длительного обеспечения электроэнергией устройств, потребляющих эту энергию. Процесс образования тока в тяговых АКБ такой же, как и стартерных: активная масса решеток электрода взаимодействует с электролитом, в результате чего на выходе появляется необходимое напряжение.

Устройство тяговых аккумуляторных батарей мало чем отличается от стартерных аналогов. Одна секция состоит из положительных и отрицательных решеток, разделенных между собой специальными прокладками – сепараторами. Прокладки эти изготовлены из диэлектрического материала (кислотостойкий полимер, пористая стеклоткань), что исключает короткое замыкание между электродами. Пространство между пластинами заполнено активным реагентом – электролитом.

Напряжение на электродах одной секции одинаково практически для всех батарей и составляет 2,3V. Чего не скажешь о силе тока, которая зависит от массы и размеров пластин, от их пористости, рабочей площади и материала изготовления. Чтобы АКБ выдавала нужное напряжение ее секции соединяются между собой последовательно. Так, для двенадцати вольтовой АКБ необходимо связать воедино 6 банок.

Тяговые аккумуляторные батареи достаточно тяжелы и занимают много места. Например, модель на 180 Ah имеет габариты – 850х650х400 и весит 600кг. Если сравнивать со знакомыми автолюбителям пусковыми АКБ, то по емкости, это равно трем автомобильным аккумуляторам на 60Ah, которые весят не более 20 кг каждый. Масса и размеры определяют ряд требований к материалам корпуса и его толщине. Как правило, это кислотостойкий диэлектрик – на современных устройствах чаще применяют полимеры.

Назначение

Применение тяговых моделей согласуется с их конструкционными особенностями и массогабаритными показателями. Благодаря длительному функционированию и возможности работы до глубокого разряда без потери номинальной емкости, тяговые АКБ используют в следующих отраслях:

Складской погрузочный транспорт. Санитарно-технические нормы для работ в закрытых помещениях исключают возможность использования машин с двигателями внутреннего сгорания. Такая техника как складские погрузчики, штабелеры, электро-тележки и прочий складской транспорт оборудуется электроприводами, для питания которых используют тяговые АКБ.
Электротранспорт в горнодобывающей промышленности. Так же, как и в случае со складами здесь имеют место работы в слабо вентилируемых пространствах. Электродвижущая сила используется на тягачах, рудничных электровозах, дрезинах и в малой механизации.
Накопительные энергоемкости для альтернативных источников электричества. Солнечные батареи или ветряные генераторы не в состоянии постоянно обеспечивать потребителей электроэнергией. Световые системы поставляются в комплекте с тяговыми аккумуляторами, которые накапливают энергию во время работы источника, чтобы затем ее отдавать.
Около бытовое применение. Лодки, гольф-кары, инвалидные коляски, детские машинки, скутеры, велосипеды, и даже автомобили приводятся в движение электродвигателями, питаемыми тяговыми аккумуляторными батареями.

Также этот вид АКБ актуален на предприятиях с высоким приоритетом экологических норм: производство детского питания, фармакология, медицина и прочие.

Разновидности

На современном рынке распространены следующие модификации тяговых свинцово кислотных аккумуляторов: WET, VRLA и SLA, которые в свою очередь подразделяются на AMG и GEL типы. Кроме того, особняком в ряду накопителей электроэнергии стоят щелочные (никель-железные) АКБ. Рассмотрим подробнее каждый из них.

WET

Такой аббревиатурой обозначаются практически все кислотно свинцовые батареи с жидким электролитом в свободном состоянии. В свою очередь их подразделяют на:

Обслуживаемые АКБ. Рабочий состав пластин у таких устройств – сплав свинца и сурьмы. В ходе их работы обязательна периодическая проверка количества электролита, а в случае его недостатка, необходим долив дистиллята.
Частично обслуживаемые. Активный состав плюсовой пластины также, как и в предыдущем варианте свинец и сурьма в сплаве. Отличие в том, что сурьмы меньше, а минусовый электрод имеет свинцово-кальциевый состав. Заряжаясь, эти аккумуляторы значительно меньше предыдущих выделяют испарения, что позволяет делать их более герметичными, а долив реагента требуется только при экстремальных режимах эксплуатации.
Не обслуживаемые SM (FM) устройства. Плюсовые решетки электродов в своем составе исключают содержание сурьмы – только свинец, кальций, олово (олово может быть заменено серебром). Минусовые решетки – это сплав свинца с кальцием.

Питание от WET аккумуляторов чаще встречается в погрузчиках и штабелерах.

VRLA

Более современные автономные источники энергии, оборудованные клапанной системой (Valve Regulated Lead Acid) для сброса избыточного давления. Данная технология позволила делать достаточно компактные устройства, габариты и масса которых сопоставима с пусковыми автомобильными АКБ, при этом сохранены все качества тяговых батарей.

Для складского грузового транспорта вес и размер не существенны, а вот в инвалидную коляску или электро-скутер поставить стокилограммовый источник питания не представляется возможным. Масса 63-х амперного устройства составляет около 21-го кг, при размерах 275х170х190 мм.

SLA (AMG, GEL)

Аббревиатура SLA в дословном переводе обозначает – уплотненная АКБ. На современном рынке автономных источников питания распространены две разновидности: с гелевым электролитом (GEL — Gelled Electrolite) и стекло-матовыми сепараторами (AGM – Absorptive Glass Mat). Кроме того, есть масса комбинированных моделей, так или иначе дополняющих каждую из технологий.

GEL

Консистенция электролита, в изготовленных по этой технологии батареях, представляет собой желеобразную массу. Пористая структура этой массы имеет значительных объем пустот, в которых протекают рекомбинационные процессы кислорода и водорода. Эти газы в обычном жидком электролите мгновенно всплывали на его поверхность, испарялись, создавая избыточное давление, что требовало наличия вентиляционных отверстий в корпусе батареи и последующего добавления дистиллята.

AMG

Банки аккумуляторов, изготовленных по технологии AMG залиты обычным жидким реагентом (вода и серная кислота), а их эффективность также, как и у гелевых моделей увеличена за счет рекомбинации газов. Разница в том, что перераспределение происходит в пустотах сепаратора, который изготовлен из специального пористого стекловолокна.

Щелочные (никель-железные) аккумуляторы

В качестве электролита в таких батареях используют щелочь (гидроксид натрия или калия в водном растворе), положительный электрод – железо, отрицательный – никель. По большинству параметров щелочные АКБ превосходят свинцово кислотные, чего не скажешь о стоимости и технологии производства.

Маркировка и характеристики тяговых АКБ

Основные характеристики тяговых аккумуляторов – это емкость, напряжение и максимальный разрядный ток.

Среднее напряжение для свинцово кислотного аккумулятора (одной секции) составляет 2V. На пике зарядки достигает показателей в 2,7V, а минимальные значения не должны опускаться ниже 1,8V, в противном случае возможна сульфатация решеток электрода.

Емкость характеризует количество энергии, которую способен отдать аккумулятор за определенное время, до тех пор, пока напряжение не станет ниже номинального. Единицы измерения этого показателя ампер-часы (Ah). Обеспечение энергией электродвигателей и работа в качестве резервного источника питания требует значительных емкостей (600Ah и более). Электрохимические реакции, протекающие при разрядке батареи напрямую зависят от окружающей температуры, поэтому изготовители указывают два варианта емкости тяговых батарей – при 5˚ C и при 20˚ С.

Важно! Максимальный разрядный ток тягового аккумулятора мало отличен от номинальной емкости. Что касается зарядного тока, он зависит от типа батареи, ее состояния и уровня заряда. 2

Маркировка

Различают следующие типы маркировки:

PzS, OPzS. Мало обслуживаемые тяговые АКБ, положительные решетки которых имеют специальную оплетку (панцирь). Назначение панциря предотвращать осыпание активной составляющей электрода.
PzV, OPzV. Также панцирные плюсовые решетки, но вместо жидкого электролита используется желеобразный (GEL).
Жидкий электролит (вода, серная кислота), поверхностный принцип токоотвода. Отличительная особенность – поверхность положительных электродов в 10 и более раз превосходит стандартные аналоги. Обладают огромной емкостью (более 2000 Ah) и максимальным, как для современных АКБ, сроком службы (больше 25-и лет).
Аккумуляторы с сетчатыми стрежневыми плюсовыми пластинами;
Пластины такие же, как и в предыдущем случае, а сама тяговая батарея необслуживаемая герметизированная с желеобразным электролитом.
P Батареи с такой маркировкой оснащены пластинами из чистого свинца, токоотводящая поверхность максимальна.
OP. В аккумуляторе применен жидкий электролит (водный раствор серной кислоты).

Отличие от стартерных

Главное отличие тяговых аккумуляторов от стартерных моделей заключается в строении токоотводящих пластин электрода. В пусковых батареях они тонкие, но их много. Большая поверхностная площадь позволяет быстро отдать много тока, что важно при пуске двигателя. В тяговых аккумуляторах, напротив – пластины более крупные и заметно толще.

В результате реакция серной кислоты и рабочего состава пластин протекает медленнее, из-за чего нет возможности отдать много тока сразу, но длительность процессов, образующих ток, несопоставимо дольше, чем у батарей с тонкими решетками. Массивные пластины, помимо продолжительных электрохимических реакций, имеют гораздо больший срок службы, они менее подвержены износу и сульфатации.

Тяжелые внутренние элементы требуют соответствующей наружной конструкции, поэтому тяговые батареи упакованы в монолитный жесткий корпус, изготовленный из эбонита или высокопрочных полимеров.

Использование для пуска автомобильного двигателя

Важно! Тяговые батареи теоретически можно использовать в качестве стартовых, но их максимального тока едва хватит для пуска. Батареи, способные обеспечить необходимый ампераж вряд ли поместятся под капотом.

Для пуска двигателя требуется ток от 240 до 600 A, такие показатели кратковременно выдает обычный автомобильный АКБ на 60Ah (в зависимости от марки). Если же пытаться запустить мотор тяговой батареей, понадобится устройство с номинальной емкостью около 260Ah, которое поместиться далеко не в каждый багажник, не говоря о месте под капотом.

Положительные и отрицательные стороны тяговых аккумуляторов

Недостатки тяговых АКБ:

В большинстве своем это габаритные устройства со значительной массой;
Высокая стоимость.
Для зарядки необходимо специальное ЗУ, которое также стоит немало.
Емкость зависит от температуры эксплуатации;
Не могут дать ток выше номинальной емкости даже кратковременно.

Достоинства:

Обеспечивают длительное автономное питание устройствам;
Хорошо переносят глубокий разряд;
Длительность эксплуатации. Средние показатели 500-600 циклов, распространены модели до 1500, срок службы до 25 лет.
Незаменимы в своем роде.

Правила хранения и эксплуатации

Мероприятия, проводимые в процессе эксплуатации подразделяют на три группы – ежедневные, еженедельные и ежемесячные:

В ходе эксплуатации тяговые АКБ необходимо ежедневно полностью заряжать после разряда, контролировать количество электролита и при необходимости доливать воду.
Раз в неделю аккумулятор следует осмотреть на наличие повреждений, очистить от поверхностных скоплений грязи, желательно сделать выравнивающий заряд.
Раз в месяц необходимо проверить работоспособность ЗУ, проконтролировать плотность электролита во всех секциях аккумулятора, и напряжение на выходах.

Функционирование тяговой батареи напрямую зависит от залитого в нее электролита. Поэтому, более предпочтительно, чтобы заправка электролитом осуществлялась в условиях завода изготовителя.

Главные условия правильного хранения:

Помещения для хранения должны быть сухими, не промерзать, в близи АКБ не должны находиться источники тепла.
Во время хранения не доводить саморазряд до уровня, превышающего 80% (60% для технологии GEL);
Нельзя допускать длительного простоя полностью разряженной батареи.
Заливать только дистиллированную воду (ни в коем случае не электролит или серную кислоту).
Во избежание появления конденсата на корпусе АКБ необходимо минимизировать колебания температуры и влажности в помещении где они хранятся.
Аккумуляторы складируются исключительно вертикально, в один слой – класть что-либо сверху категорически нельзя.

Важно! Условия хранения, эксплуатации и обслуживания тяговых батарей зависят от конкретной модели, определяются производителем и описаны в соответствующей инструкции.

Зарядка тягового АКБ

Работу батареи можно условно разделить на два этапа – разрядка и зарядка. Во время разрядки свинец взаимодействует с серной кислотой электролита, в результате чего образуется сульфат свинца, электричество, продукты распада серной кислоты и воды. К тому же, плотность электролита снижается.

В ходе зарядки тягового аккумулятора электроны идут в обратном направлении, поэтому важно, чтобы зарядное напряжение превышало таковое на клеммах АКБ, иначе батарея будет разряжаться. Итак, электроны идут обратно, инициируя восстановительную реакцию серной кислоты из водорода и сульфатов. Также восстанавливается активная составляющая решеток и плотность электролита.

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.