Без аккумуляторов многие приборы и механизмы не способны функционировать. Например, в устройствах, где электрический ток используется в качестве основного энергоносителя, применяются специальные тяговые АКБ.
Если такой источник питания сядет, то «с толкача» автомобиль уже не завести, и потребуется заряжать батарею с помощью специального устройства. В этой статье будет подробно рассмотрены основные виды тяговых источников электроэнергии, а также указаны отличия между различными технологиями производства таких батарей.
Что такое тяговый аккумулятор
Принципиально тяговая АКБ не отличается от обычного кислотного элемента питания, но для того чтобы аккумулятор получил определённые качества в его конструкцию вносятся некоторые изменения.
Прежде всего, у таких изделий повышается устойчивость к глубоким разрядам. Количество циклов заряд/разряд также является одной из важнейших характеристик.
Чтобы пластины не рассыпались и не покрывались оксидным слоем, свинцовые решётки делаются большей толщины, а в состав металлического сплава вводятся легирующие элементы. Корпус батареи изготавливается из высокопрочного пластика, который также обладает минимальными значениями электропроводности, что позволяет снизить саморазряд АКБ.
Существует несколько основных типов аккумуляторов этого типа, поэтому прежде чем приобрести новую батарею рекомендуется ознакомиться с основными характеристиками каждой из них.
Тяговой АКБ
Аккумуляторный журнал и организация работы
| Номер батареи | Установлена на погрузчик | Поставлена на заряд | |||||
| Дата | Время | Плотность (средняя по трем элементам выборочно) | Показания счетчика, машино-ч | Дата | Время | Плотность (средняя по трем элементам выборочно) | Показания счетчика, машино-ч |
| 1а | |||||||
| 1б | |||||||
| 2а | |||||||
| и т.д. |
| Батарея №___ | |||||||
| № элемента | Дата Температура электролита | Дата Температура электролита | Дата Температура электролита | Дата Температура электролита | |||
| Напряжение, В | Плотность, кг/л | Напряжение, В | Плотность, кг/л | Напряжение, В | Плотность, кг/л | Напряжение, В | Плотность, кг/л |
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| и т.д. |
Виды тяговых аккумуляторов и их характеристики
Знать основные параметры тяговых батарей очень важно, ведь только в этом случае изделие будет правильно подобрано, установлено, а при эксплуатации к нему не будут подключаться потребители сверх рассчитанного заводом-изготовителем предела по мощности.
Основными аккумуляторами этого типа являются:
- Свинцово-кислотные. Дешёвые аккумуляторы, которые обладают необходимыми качествами для использования в качестве тяговых батарей. Основным недостатком таких устройств является большой вес.
- Никель-кадмиевые. Обладают высоким ресурсом работы и способны обеспечить различные самоходные машины электрическим током в необходимом объёме. Идеально подходят для погрузчиков, штабелеров и другой складской техники.
- Никель-металлогидридные. Высококачественный аккумулятор, который может использоваться в различных инструментах и машинах. Идеально подходит для электровелосипедов, инвалидных колясок и другой маломощной техники.
- Литий-полимерные. Современные устройства, в которых отсутствует эффект памяти, а работоспособность сохраняется в очень большом диапазоне температур. По причине высокой стоимости в качестве тяговой батареи используется редко.
- Литий-железофосфатные. Идеально подходят для электромоторов мощных автомобилей и другого вида техники. Могут также использоваться в качестве основных накопителей электричества в ИБП.
- Литий-ионные. Этот вид современных тяговых аккумуляторов является самым распространёнными и используется в качестве АКБ для электромобилей в системах бесперебойного электроснабжения. Такие устройства накопления электричества хорошо переносят глубокий разряд, обладают большим сроком службы и могут длительное время держать напряжение без потерь.
Практически все перечисленные модели АКБ эффективно используются в качестве источника электродвижущей силы. Основным критерием отбора таких изделий является возможность переносить глубокие разряды и сохранять электричество в состоянии покоя. От этих характеристик во многом зависит возможность использования устройств в мощной электротехнике.
Читайте также:
Для погрузчика
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.
Чем отличается тяговый аккумулятор от стартерного
Использовать вместо стартерного аккумулятора тяговый, не всегда представляется возможным. Это ограничение действует в том случае, если тяговое устройство используется для устройств небольшой мощности, например, для лодочных моторов.
Более мощные устройства на 12 Вольт, которые могут обеспечить электроотдачу в несколько сотен Ампер могут использоваться для запуска двигателей автомобиля. Некоторые отличия присущи только определённым типам АКБ.
Гелевые. Гелевые тяговые аккумуляторы, в отличие от стартерных, обладают меньшими разрядными токами. По этой причине важно не перепутать различные модели при покупке АКБ для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.
Тяговые изделия этого типа более устойчивы к глубокому разряду, но расходовать его на 100%, даже при использовании батарей высокого качества, не рекомендуется.
Свинцово-кислотные. Батареи этого типа могут использоваться как в качестве стартерных АКБ, так и для постоянного подключения к мощным потребителям электричества.
При эксплуатации на электропогрузчиках и другой технике применяются свинцовые АКБ с усиленной решёткой, в которую при производстве добавляются легирующие элементы.
Литий-ионные. Литий-ионные аккумуляторы, по причине высокой цены, в качестве стартерных батарей для машин практически не используются, но для электромобилей им альтернативы нет.
Изделия обладают большим запасом прочности, низким саморазрядом и отсутствием эффекта памяти. Установленные на электромобили литий-ионные батареи могут обеспечить запас хода до 400 км.
Лодочный
Назначение
Профессиональные (промышленные) зарядные устройства УЗПС 48-65 и УЗПС 72-45 являются продолжением модельного ряда зарядных устройств серии УЗПС и предназначены для заряда тяговых и стартерных свинцово-кислотных (наливных, гелевых и AGM), щелочных и литий-ионных (Li-ion) аккумуляторных батарей, с номинальными напряжениями 6В, 12В, 24В, 36В, 48В, 60В и 72 Вольта.
Заряд аккумуляторных батарей может производиться одним из пяти запрограммированных профилей заряда (алгоритмов заряда), реализованных с учетом рекомендаций, приведенных в стандартах DIN 41 773, DIN 41 774, DIN 41 775, DIN 41 776.
Реализованные профили заряда являются комбинациями следующих зарядных характеристик: «I
– характеристика» (DIN 41 776), « IU – характеристика» (DIN 41 773) и « W – характеристика» (DIN 41 774). По стандарту DIN 41 772, условные обозначения реализованных профилей заряда следующие: Iа, IUа, IUIа, IWUа, IUUа .
Устройства могут применяться в качестве стабилизированных источников питания.
Расшифровка обозначения зарядных устройств приведена на примере УЗПС 48-65
: УЗПС – обозначение серии; 48 – номинальное напряжение АКБ, Вольт; 65 – максимальный ток заряда АКБ, Ампер.
-
Читайте также:
Применяемость устройств, основные технические характеристики и описание профилей заряда приведены ниже.
Где применяются тяговые аккумуляторы
Тяговые аккумуляторы применяются везде, где необходимо обеспечить длительную работу мощных электрических устройств. Наиболее часто такие источники можно встретить в следующих приборах и механизмах:
- Электромобили.
- Источники бесперебойного питания.
- Электропогрузчики.
- Велосипеды и самокаты на электротяге.
- Катера и лодки с электродвигателем.
В зависимости от напряжения бортовой сети техники и электрических схем различных устройств, могут использоваться изделия на 12В и 24В. Для электроснабжения мощной техники могут применяться также батареи на 48 Вольт.
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.
Преимущества и недостатки тяговых аккумуляторов
Тяговые батареи имеют как положительные, так и отрицательные качества. К плюсам таких источников электроэнергии относятся:
- Низкий саморазряд.
- Устойчивость к большим и продолжительным нагрузкам.
- Большое количество циклов заряд/разряд (батареи типа Gel рассчитаны на 1200 таких периодов).
- Простое обслуживание и хранение.
- Аккумуляторы российского производства имеют вполне приемлемые соотношения цены и качества.
К недостаткам таких батарей относятся:
- Более высокий вес в сравнении с другими АКБ.
- Низкий КПД восстановления ёмкости.
Несмотря на наличие некоторых недостатков, достойной альтернативы тяговым устройствам просто не существует, когда необходимо обеспечить работу мощной электротехники, которая не может быть подключена к сети 220 или 380 Вольт.
Для электромобиля
Эксплуатация
Условно процедуры эксплуатации и обслуживания можно разделить на четыре группы – ежедневные, еженедельные, ежемесячные и ежегодные операции.
Ежедневные операции:
- зарядить батарею после разряда;
- проверить уровень электролита и при необходимости откорректировать его, долив дистиллированную воду.
Еженедельные операции:
- очистить батарею от загрязнений;
- провести визуальный осмотр;
- провести выравнивающий заряд (желательно).
Ежемесячные операции:
- проверить исправность зарядного устройства;
- проверить и записать в журнал значение плотности электролита на всех элементах (после заряда);
- проверить и записать в журнал значение напряжения на всех элементах (после заряда).
Ежегодные операции:
- измерить сопротивление изоляции между батареей и корпусом машины. Сопротивление изоляции тяговых батарей в соответствии с DIN VDE 0510, ч. 3 должно быть не менее 50 Ом на каждый вольт номинального напряжения.
Вообще говоря, долив воды требуется примерно 1 раз в 7 циклов (1 раз в неделю при односменной работе), но проверка требуется после каждого заряда, так как вода расходуется неравномерно.
Обслуживание тяговых батарей
Учитывая тот факт, что такие батареи работают в очень жёстких условиях потребления электричества, безотказность эксплуатации их может быть обеспечена только в том случае, если обслуживание АКБ будет производиться вовремя.
Прежде всего, тяговые аккумуляторы нуждаются в периодической зарядке. Выполнять эту процедуру следует с использование специальных зарядных устройств, а для обеспечения противопожарной безопасности помещение должно быть оборудовано мощной вентиляционной системой.
Контроль за уровнем и качеством электролита, также является важнейшим профилактическим мероприятием для тяговых моделей АКБ. При наличии отклонений от нормы, производят нормализацию плотности элеткропроводящего состава либо его полную замену.
Историческая справка
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.
На что обратить внимание при выборе тяговой батареи
При выборе новой АКБ тягового типа необходимо обеспечить физическое размещение батареи в специальном отсеке. Многие модели машин имеют ограниченное пространство под установку аккумулятора, что необходимо учитывать в первую очередь.
Мощность источника электроэнергии также является важнейшим параметром, поэтому при покупке нового изделия обязательно следует подбирать АКБ по напряжению (В) и ёмкости (Ач).
Оптимальным решением проблемы является приобретение тягового аккумулятора такого типа, который рекомендован заводом-изготовителем устройств, куда планируется устанавливать батарею.
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.
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.
Основные технические характеристики
| Наименование параметра | Тип устройства | |
| УЗПС 48-65 | УЗПС 72-45 | |
| Номинальное значение однофазного входного напряжения, В | 220 | 220 |
| Диапазон изменения питающего напряжения, В | от 185 до 253 | от 185 до 253 |
| Номинальная частота входного напряжения, Гц | 50±2 | 50±2 |
| Номинальная мощность, Вт | 4 000 | 4 000 |
| Максимальный ток потребления, А | 21 | 21 |
| Ток заряда, А | от 1 до 65 | от 0,4 до 45 |
| Дискретность уставки выходного тока, А | 1,0 | 0,2 |
| Выходное напряжение, В | от 3,0 до 65,0 | от 6,0 до 99,8 |
| Дискретность уставки выходного напряжения, В | 0,1 | 0,2 |
| Погрешность поддержания установленного выходного напряжения, % | не более 0,5 | не более 0,5 |
| Реализуемые профили заряда | Iа, IUа, IUIа, IWUа, IUUа, IU+holding | |
| Коэффициент мощности, не менее | 0,98 | 0,98 |
| Коэффициент полезного действия, не менее | 0,87 | 0,87 |
| Габаритные размеры, не более: Ш×B×Г, мм | 350×450×120 | 350×450×120 |
| Масса, не более, кг | 11 | 11 |
Как заряжать тяговые аккумуляторы
Процесс зарядки электромобилей подробно описан в инструкции по использованию такой техники. Принципиально эта операция не отличается от подключения мобильного телефона к сетевому адаптеру.
Следует учитывать только повышенное электропотребление и температуру, где будет осуществляться процесс восстановления АКБ. Чтобы обеспечить необходимые условия, помещение должно отапливаться зимой.
Низкие температуры негативно отражаются на электроёмкости многих моделей тяговых АКБ. Также следует обеспечить надёжное электроснабжение с проводкой необходимого сечения.
Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.
Аналогия с баком для воды
Понять процессы заряда и разряда аккумулятора помогает сравнение его пластин с баком для воды.
Аналогия с баком для воды, в который подключенный насос закачивает воду, помогает понять процесс зарядки аккумулятора глубокого разряда
Представим закрытый бак внутри которого от верхней крышки до дна установлено несколько сплошных перегородок. В нижней части каждой перегородки расположена полупроницаемая мембрана. К резервуару подсоединен насос, который закачивает в него воду.
Постепенно вода заполняет первую секцию бака. Через некоторое время давление воздуха в отсеке повышается, первая мембрана срабатывает и пропускает воду во второе отделение. Вода заполняет второй отсек, но давление в нем остается меньше, чем в первом. Если насос продолжает работу, то давление воды в первом и втором отсеках возрастает до тех пор, пока не откроется второй клапан, и вода не попадет в третью секцию.
Зарядка аккумулятора напоминает заполнение бака водой. Зарядный ток в первую очередь поглощается поверхностью пластин. Напряжение в поверхностных зонах возрастает и возникающая между наружными и внутренними областями разность потенциалов заставляет ток течь вглубь пластины.
Переключатель давления
Генератор автомобильного типа уменьшает выходной ток сразу после того, как аккумулятор глубокого разряда зарядится до 50% емкости Предположим, что в насосе, качающем воду в бак, установлено реле, которое выключает насос, если давлении в баке достигает 14 атм. Когда давление в первом отсеке бака повысится до этого уровня, насос выключится, но из-за разности давлений между различными частями бака вода продолжит просачиваться через мембраны в отдаленные секции резервуара. Из-за этого через некоторое время давление в первом отсеке понизится и регулятор включит насос, который вновь поднимет давление до заданного уровня. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление во всем баке не выровняется и не достигнет 14 атмосфер. После этого насос выключится надолго. Но он включится снова, когда из бака выйдет часть воды и давление в резервуаре упадет.
Генераторы и зарядные устройства работают по похожему принципу благодаря регуляторам напряжения. Если регулятор выставлен на 14 вольт, генератор отключится, когда напряжение на поверхности аккумуляторных пластин повысится до этого значения. Но даже после того, как генератор отключился, разность напряжений между поверхностью пластин и их внутренними областями заставляет зарядный ток проникать внутрь пластин. Напряжение на поверхности пластины снижается и регулятор снова включает генератор, который повышает напряжение до установленного значения. Если времени достаточно, процесс продолжается до тех пор, пока аккумулятор полностью не зарядится и напряжение по всей толщине пластины не достигнет 14 вольт. После этого регулятор отключает устройство зарядки. Как только подключенное оборудование разрядит аккумулятор и поверхностное напряжение на пластинах понизится регулятор включит генератор вновь.
Насыщение и абсорбция
Закачивать воду в пустой бак можно с любой скоростью. Единственное ограничение в этом случае – расход насоса. Однако после того как первое отделение резервуара заполнилось и давление в нем достигло установленного значения, переключатель многократно включает и выключает насос, чтобы поддержать это давление на нужном уровне. время наполнения бака в этот момент зависит от скорости перетекания воды во внутренние отделения резервуара.
Чем больше наполняются водой дальние отсеки бака, тем больше снижается скорость протекания воды через мембраны. Из-за этого насос находится в выключенном состоянии все дольше и дольше, а расход перекачиваемой им воды постоянно уменьшается.
Ток зарядки
Если к небольшому баку подключить мощный насос, он быстро заполнит первое отделение резервуара. Как только это произойдет, бак перестанет наполнятся с прежней скоростью и насос уменьшит расход перекачиваемой воды. Если к этому моменту вода не успела распространится по внутренним отделениям, то возникнет ситуация, когда давление, измеренное в первом отделении полупустого бака окажется равным давлению полностью заполненного резервуара.
Но если к большому баку подсоединить насос с маленьким расходом, скорость, с которой вода проникает во внутренние отсеки окажется примерно равной расходу насоса. Значит в момент, когда давление в баке достигнет заданного значения насос заполнит бак полностью.
Аналогия сохраняется, если мощный генератор подключен к аккумуляторной батарее не большой емкости. Такой генератор быстро поднимет поверхностное напряжение на пластинах аккумулятора, регулятор напряжения уменьшит выходной ток, и большая часть мощности генератора окажется не востребованной.
К тому моменту, когда ток зарядки начнет уменьшаться внутренние области пластин могут быть по-прежнему разряженными, хотя напряжение аккумулятора будет соответствовать напряжению полностью заряженной батареи.
В этой ситуации предпочтительнее генератор меньшей мощности. Он полнее зарядит аккумуляторную батарею, поскольку скорость распространения заряда будет соответствовать выходу генератора и регулятор напряжения не уменьшит ток до тех пор, пока аккумулятор не зарядится полностью.
