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.

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.

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.

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.

Преимущества

Тяговые аккумуляторные батареи просто незаменимы в условиях обеспечения складских погрузочных средств возможностью автономного передвижения. Поскольку, в подавляющем большинстве случаев, речь идет о помещениях с очень большой площадью, если подключить любой электрокар к сети, это сильно ограничит его передвижение в пространстве, и придется тратить гораздо больше времени и технических средств для того, чтобы выполнить всю требуемую работу. Поэтому раньше в таких случаях для погрузки-разгрузки применялось несколько машин, что не очень удобно.

Бензиновые двигатели, которые пытались применять в виде главного источника питания, могли обеспечить работу складской и заводской техники в течение более длительного времени. Но их основные недостатки — это загрязнение воздуха и повышенная опасность в эксплуатации: известно, что бензин является горючим веществом. Применение тяговых аккумуляторов обеспечило безопасную работу как в открытых, так и в помещениях закрытого типа. В то время, как применение двигателей внутреннего сгорания на основе бензина значительно повышало процент опасных выхлопов и возможность воспламенения. Либо самопроизвольного, либо в случае нарушения техники безопасности.

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.

Виды

По виду тяговые аккумуляторы отличаются компонентами сплава пластин и химическим составом электролита. В то время как конструкция готовой батареи остается одинаковой для всех – наличие положительных и отрицательных полюсов, наличие среды протекания реакции. Некоторые из них будут иметь существенные отличия, далее рассмотрим все типы более детально.

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотные аккумуляторные приспособления наиболее приближены к стандартным батареям для авто. Они имеют обозначение WET, широко используются в штаблерах и погрузчиках. В качестве наполнителя для кислотных АКБ применяются раствор дисцилированной воды и кислоты.

Устройство такого тягового аккумулятора приведено на рисунке ниже:

По конструкции разделяются на:

• Обслуживаемые – пластины таких свинцово-кислотных батарей состоят из сплава плюмбума  и сурьмы. В этих моделях обязательно контролируется уровень электролита, а при необходимости, производится его доливка.
• Частично обслуживаемые – плюсовая пластина выполнена из свинца и сурьмы, но с меньшим процентным содержанием последней, а минусовая из свинцово-кальциевого сплава, что обеспечивает меньшее газообразование. Электролит в них доливается крайне редко после аварийных режимов.
• Необслуживаемые  модели — полностью герметичные, свинцовые пластины лигируются кальцием, оловом, реже серебром.

К их преимуществам относится низкая себестоимость и простота переработки после списания, малый процент саморазряда и хорошие рабочие токи. К недостаткам относится чувствительность к низкой температуре и циклам глубоких разрядов, которые существенно сокращают срок службы.

Щелочные

Щелочные тяговые аккумуляторы имеют схожую конструкцию с кислотными. Ощутимым отличием является наполнение – это никель-кадмиевые или никель-металлогидридные элементы. Вместо кислоты в них применяется щелочной электролит, поэтому обслуживание требует других мер безопасности.

К преимуществам щелочных аккумуляторов относятся:

• В сравнении со свинцовыми АКБ они отличаются длительным периодом эксплуатации, высокой энергоемкостью, проще переносят глубокие разряды.
• Можно длительно не подключать к зарядным устройствам, оставляя в состоянии полного разряда.
• Устойчивы к механическим воздействиям, вибрациям, не боятся кратковременных кз.

К недостаткам относится химическая активность кадмия, который может засорять окружающую среду, щелочные аккумуляторы обладают «памятью», для их обслуживания необходим штат профильных специалистов.

Литиевые

Являются одними из самых прогрессивных типов тяговых аккумуляторов, подразделяются на литий-ионные или литий-полимерные. Технология их производства сейчас активно развивается и совершенствуется, благодаря чему такие модели все больше вытесняют остальные виды.

К преимуществам литиевых тяговых источников питания относятся:

• Хорошее соотношение габаритов и энергетической емкости.
• Обладают быстрым насыщением электролита зарядами.
• Легко воспринимают попеременный цикл разрядки и воздействия тока зарядки, но доводить до полного разряда тяговый аккумулятор не допускается.

К недостаткам относится довольно большая цена таких батарей, связанная с дефицитом лития  в природе и некоторые сложности обслуживания.

AGM и GEL

Обе модели имеют схожую конструкцию и принцип работы, однако их состав существенно отличается, пример конструктивного исполнения показан на рисунке ниже:

Тяговые аккумуляторы GEL изготавливают по гелевой технологии – емкость наполнена вязким веществом, которое содержит большое число газовых включений. Внутри включения происходит реакция кислорода и водорода, с выделением энергии, а за счет большой плотности гелевого электролита газы не поднимаются вверх.  В результате чего гелевые модели обладает большей емкостью и лучшими рабочими параметрами.

Технология AGM содержит жидкий электролит между пластинами. С тем отличием, что жидкость заключается в полимерное волокно, которое так же удерживает газовые смеси и не дает им подниматься.

Конструкция этого тягового аккумулятора приведена на рисунке ниже:

Рис. 4. Конструкция AGM аккумулятора

AGM аккумуляторы, как и GEL, используются в автомобилях, для лодочных электромоторов и т.д. Эти батареи позволяют существенно сократить затраты на их содержание и могут полноценно заменять стартерные модели.

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.

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.
Вернуться к содержанию
 

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.

Отличие тяговых аккумуляторов для лодочных моторов от автомобильных

Коротко говоря, аккумулятор это устройство, сохраняющее принятую электроэнергию от внешнего источника и затем способное её передать. Тяговый аккумулятор от автомобильного отличается возможностью поддерживать длительную подачу тока.

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.

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 →