Обзор тяговых аккумуляторов, их виды и характеристики

Тяговые аккумуляторы обеспечивают надежную работу электрических устройств, таких как электромобили и складская техника. В статье рассмотрим основные виды тяговых аккумуляторов, их характеристики и особенности, что поможет выбрать подходящий аккумулятор. Знание различных типов АКБ и их преимуществ позволит оптимизировать эксплуатацию техники, что важно в производстве и логистике.

Особенности тяговых АКБ

Главное отличие тяговых аккумуляторов от обычных автомобильных стартерных батарей заключается в их рабочем режиме. Стартерный аккумулятор выдает мощный пусковой ток лишь в момент запуска двигателя, тогда как тяговая батарея обеспечивает электромотор энергией на протяжении всего времени его работы. Проще говоря, тяговые аккумуляторы функционируют в режиме постоянного цикла зарядки и разрядки. Стартерные же аккумуляторы, отдав ток для запуска, затем заряжаются от генератора работающего двигателя.

Поэтому к батареям тягового типа предъявляются особые требования, среди которых ключевым является стойкость к глубокому разряду. В процессе эксплуатации они обычно разряжаются до 80% своей номинальной ёмкости. После этого их ставят на зарядку, и цикл повторяется. Это приводит к еще одному важному требованию: тяговые аккумуляторы должны поддерживать номинальное напряжение и выдавать заявленный ток до момента практически полного разряда. После глубокого разряда они должны восстанавливаться без потери ёмкости.

Из вышеизложенного следует, что стартерные автомобильные аккумуляторы не подходят для использования в качестве тяговых. Они чувствительны к глубокому разряду, так как после него теряют часть своей ёмкости. В то же время некоторые виды тяговых аккумуляторов могут успешно использоваться в качестве стартерных. Мы рассмотрим их подробнее ниже.

Эксперты в области энергетических технологий отмечают, что тяговые аккумуляторы играют ключевую роль в обеспечении эффективной работы электрических транспортных средств и промышленных машин. Существует несколько основных типов таких аккумуляторов, включая свинцово-кислотные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Каждый из них имеет свои уникальные характеристики, которые определяют их применение. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются высокой надежностью и низкой стоимостью, но имеют меньшую плотность энергии. Литий-ионные аккумуляторы, напротив, обеспечивают высокую энергоемкость и длительный срок службы, что делает их предпочтительными для современных электромобилей. При выборе тягового аккумулятора важно учитывать не только его технические характеристики, но и условия эксплуатации, что позволит оптимизировать производительность и срок службы оборудования.

https://youtube.com/watch?v=nd5pHD6ds3M

Виды тяговых аккумуляторных батарей

Для лучшего понимания тяговые аккумуляторы можно классифицировать по их типам. Существуют:

• свинцово-кислотные;
• щелочные;
• литий─ионные;
• прочие.

Рассмотрим их подробнее.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о тяговых аккумуляторах:

1. Разнообразие технологий: Тяговые аккумуляторы бывают разных типов, включая свинцово-кислотные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Каждый из этих типов имеет свои уникальные характеристики, такие как плотность энергии, срок службы и стоимость. Например, литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии и длительным сроком службы, что делает их популярными для использования в электромобилях и других высокопроизводительных приложениях.

2. Глубокий разряд: Тяговые аккумуляторы, в отличие от обычных аккумуляторов, предназначены для глубокого разряда и подзарядки. Это означает, что они могут разряжаться до 20-30% своей емкости и затем полностью заряжаться без ущерба для их долговечности. Это свойство делает их идеальными для использования в электровелосипедах, погрузчиках и других транспортных средствах, где требуется высокая производительность.

3. Экологические аспекты: Современные технологии переработки тяговых аккумуляторов позволяют значительно снизить их воздействие на окружающую среду. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть переработаны на 95%, что позволяет повторно использовать свинец и кислоты, минимизируя отходы и загрязнение. Это делает их более устойчивыми с точки зрения экологии по сравнению с другими источниками энергии.

https://youtube.com/watch?v=d05TCWJ7udk

Свинцово-кислотные

Существует три основных типа свинцовых аккумуляторов.

• WET. Классические модели с жидким электролитом.
• AGM. Электролит находится в стекловолокне.
• GEL. Электролит представлен в виде геля, который является химическим соединением серной кислоты и оксида кремния.

Свинцово-кислотные аккумуляторы типа WET менее подходят для использования в качестве тяговых. Тем не менее, некоторые производители предлагают такие модели для погрузчиков и другой электрической складской техники. Эти аккумуляторы также находят применение в системах резервного и аварийного питания, а также в промышленном оборудовании, что делает их стационарными по своему назначению. Основное предназначение батарей WET – это стартерные аккумуляторы для автомобилей.

Процесс производства тяговых свинцово-кислотных аккумуляторов отличается от стартерных. Они изготавливаются по технологии с панцирной сеткой, которая окружает положительный электрод. Основные функции этой сетки:

• Защита материала электрода от разрушения;
• Предотвращение образования крупных кристаллов свинца во время зарядки.

На сегодняшний день выделяют три типа панцирных свинцовых батарей:

Первые два типа имеют схожие характеристики. Однако PzS соответствует стандартам DIN (Германия), в то время как PzB соответствует британскому стандарту BS. Модели PzV используют гелевый электролит.

Преимущества использования свинцовых батарей в качестве тяговых:

• Простота и проверенность технологии, что обеспечивает низкую стоимость по сравнению с другими типами. Часто именно цена становится решающим фактором при выборе этих аккумуляторов.
• Низкий уровень саморазряда.
• Способность выдавать высокий ток.
• Легкость и низкая стоимость переработки в исходное сырье.

Недостатки:

• Чувствительность к глубокому разряду. Если разряжать их до 80% во время эксплуатации, срок службы значительно сокращается. Большинство производителей указывают срок службы до 1,5 тысячи циклов разряд-заряд, но для достижения этого показателя рекомендуется разряжать не более чем до 60%, что существенно уменьшает время работы оборудования.
• Низкая энергетическая плотность, что приводит к большим размерам и весу свинцовых аккумуляторов.
• Чувствительность к низким температурам.
• Необходимость еженедельного контроля уровня электролита и его корректировки.
• Во время зарядки теряется значительная часть электроэнергии (около 30%).

Для погрузчиков свинцово-кислотные тяговые аккумуляторы поставляются в виде сборок, которые состоят из аккумуляторных элементов с номинальным напряжением 2 вольта (в процессе работы напряжение варьируется от 1,86 до 2,65 вольта). Эти элементы объединяются в сборки с номинальным напряжением 24 и 48 вольт. Срок службы таких аккумуляторов составляет примерно 1,2─1,5 тысячи циклов.

AGM и GEL

Аккумуляторные батареи AGM и GEL имеет смысл рассмотреть вместе, поскольку они имеют близкие эксплуатационные характеристики. Различия в устройстве связаны с тем, в каком состоянии находится электролит: в стекловолокне (AGM) и в виде геля (GEL).

Это как раз те АКБ, которые успешно работают в роли тяговых и стартерных. Они используются на автомобилях с системой «Старт-Стоп» и с большим числом потребителей тока на борту. Широко используются гелевые аккумуляторы в различных источниках бесперебойного питания, серверном и коммуникационном оборудовании. Легко и без последствий переносят глубокий разряд.

В роли тяговых они нашли широкое применение в морском и речном транспорте (троллинговые электромоторы на рыбацких лодках и катерах), а также мотоциклетной и садовой технике. Линейки таких АКБ в своём ассортименте имеет каждая уважающая себя компания-производитель аккумуляторов.

Ещё одной сферой применения этих батарей являются гелиосистемы. Благодаря устойчивости к циклированию, гелевые аккумуляторы накапливают энергию от солнечных панелей днём и отдают её ночью или в пасмурный день.

В складской технике также можно встретить AGM и GEL аккумуляторы, но там они не получили широкого распространения. Это объясняется высокой стоимостью. Для обеспечения питания электромобилей они также не подходят.

https://youtube.com/watch?v=GqhGpBZLAdo

Щелочные

Это самый популярный тип тяговых аккумуляторов. По своей конструкции они напоминают свинцово-кислотные тяговые батареи и поставляются в виде сборок из отдельных элементов Ni-Cd или Ni-MH. В этих аккумуляторах используются ламельные элементы. Номинальное напряжение полностью заряженного элемента составляет примерно 1,45 вольта при разомкнутой цепи, а рабочее напряжение — 1,25 вольта. Соединяя их, можно получить необходимое выходное напряжение.

К числу преимуществ щелочных тяговых аккумуляторов можно отнести следующие аспекты:

• Они легко переносят глубокий разряд.
• Могут длительное время находиться в разряженном состоянии без негативных последствий.
• Благодаря высокому внутреннему сопротивлению способны выдерживать большие разрядные токи.
• Устойчивы к вибрациям и ударам, могут даже выдерживать кратковременные замыкания.
• В сравнении с свинцово-кислотными батареями, щелочные обладают большей энергоемкостью и более продолжительным сроком службы.
• Их саморазряд ниже, чем у свинцово-кислотных аналогов.

Однако есть и недостатки:

• Для обслуживания требуется квалифицированный персонал, который должен периодически проверять уровень электролита и правильно проводить зарядку.
• У никель-кадмиевых аккумуляторов выражен «эффект памяти».
• Кадмий является токсичным веществом, что усложняет процесс производства и утилизации таких батарей.

Несмотря на указанные недостатки, щелочные аккумуляторы остаются наиболее востребованными в качестве тяговых. Они находят широкое применение в складской технике.

Литиевые

Литиевые аккумуляторные батареи можно разделить на литий─ионные и литий─полимерные. В роли тяговых нашли применение некоторые разновидности литий─ионных АКБ. В частности, используются модели LiFePO₄ и ряд других. Литиевые тяговые батареи постоянно совершенствуются для использования в электромобилях. Именно они стали использоваться для питания силовых агрегатов в электромобилях и автомобилях с гибридными двигателями.

Среди плюсов Li─Ion в роли тяговых батарей можно назвать следующие.

• Высокая энергоёмкость. Отсюда небольшие габариты при высокой мощности.
• Быстрый заряд.
• Спокойно работают в режиме заряд-разряд. Отрицательно сказывается только полный разряд в ноль или излишний перезаряд, но эту проблему обычно решает защита.

К минусам можно отнести.

• Высокая стоимость.
• Запасы лития ограничены.
• При работе используются дополнительные меры безопасности.

Ещё не так давно литий─ионные АКБ имели ряд ограничений для использования на электромобилях. Однако сейчас большинство этих проблем решено благодаря разработке новых модификаций этих батарей. И производители постепенно переходят на массовое производство.

Кстати, в роли тяговых литий─ионные аккумуляторы нашли широкое применение в различных электрических транспортных средствах, появившихся недавно. Например,

электроскутеры

, электросамокаты, электромотоциклы,

инвалидные коляски

, электровелосипеды. Вот, например,

аккумулятор электроскутера Xiaomi

составлен из литиевых аккумуляторных элементов

18650

.

Можно также отметить использование литиевых АКБ для питания электромоторов различных летающих гаджетов типа квадрокоптеров, дронов и т. п.

Прочие

В качестве тяговых источников энергии на сегодняшний день применяются только перечисленные выше типы аккумуляторов.

К другим вариантам можно отнести те, которые находятся на стадии разработки. В основном это различные модификации литий-ионных аккумуляторов. Ученые работают над созданием новых химических соединений, чтобы повысить ёмкость, уменьшить габариты и вес, а также ускорить процесс зарядки.

В Японии, к примеру, ведутся исследования по замене лития натрием в литий-ионных аккумуляторах, так как натрий более доступен в природе. Ранее много говорили о графеновых аккумуляторах, однако на данный момент не существует коммерческих образцов, и массовое производство еще не налажено.

Примеры моделей тяговых АКБ

Рассматривать модели тяговых АКБ для автомобилей, скутеров или моторных лодок в рамках этой статьи не имеет смысла. На сайте не раз были обзоры производителей аккумуляторов, где были представлены такие модели. Поэтому рассмотрим, какие тяговые аккумуляторные батареи предлагают некоторые отечественные предприятия для складской техники.

Ниже приведены примеры тяговых аккумуляторов, выпускаемых тремя отечественными предприятиями.

Тюменский аккумуляторный завод

В ассортименте тяговых аккумуляторных батарей представлены следующие модели:

• 24 вольта. Ёмкость варьируется от 210 до 1200 Ач. Тип PzS.
• 40 вольт. Ёмкость составляет от 70 до 120 Ач. Тип PzS.
• 48 вольт. Ёмкость находится в диапазоне от 210 до 1200 Ач. Тип PzS.
• 80 вольт. Ёмкость также составляет от 210 до 1200 Ач. Тип PzS.

Курские аккумуляторы

Курское предприятие предлагает следующие тяговые АКБ.

• Серия ТНЖ и ТНК. Ёмкость 250─950 Ач. Назначение ─ безрельсовый напольный транспорт.
• Серии ТНЖШ и FLM (никель-железные), ТНКШ и KL (никель-кадмиевые). Ёмкость 350 до 550 Ач. Для питания электромоторов рудничных электровозов.

Великолукский аккумуляторный завод

В данной категории представлены тяговые аккумуляторы серии FL/FH.

• FL 500 МР, FL 350 MP. Предназначены для рудничных электровозов.
• FL 300 ВМР, FL 250 P, FL 350 II КР, FL 500 К P, FL 400 P, FL 450 P. Используются в безрельсовом электротранспорте на поверхности.

Преимущества и недостатки различных типов тяговых АКБ

Тяговые аккумуляторы (АКБ) играют ключевую роль в обеспечении надежного источника энергии для различных электрических транспортных средств и оборудования. Существуют несколько типов тяговых аккумуляторов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, что делает их подходящими для различных применений.

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее распространенным типом тяговых АКБ. Они отличаются высокой надежностью и низкой стоимостью. Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторов включают:

• Доступность и низкая цена по сравнению с другими типами аккумуляторов.
• Способность выдерживать большие токи разряда, что делает их подходящими для тяжелых условий эксплуатации.
• Долгий срок службы при правильном обслуживании.

Однако у них есть и недостатки:

• Большой вес, что может ограничивать использование в легких транспортных средствах.
• Необходимость регулярного обслуживания, включая проверку уровня электролита и зарядки.
• Относительно низкая энергетическая плотность, что требует больших размеров для достижения нужной емкости.

Литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными благодаря своей высокой энергетической плотности и долговечности. Их преимущества включают:

• Высокая энергетическая плотность, что позволяет уменьшить размеры и вес аккумулятора.
• Долгий срок службы и высокая циклическая стабильность, что снижает общие затраты на эксплуатацию.
• Быстрая зарядка, что позволяет сократить время простоя оборудования.

Тем не менее, литий-ионные аккумуляторы имеют и свои недостатки:

• Высокая стоимость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.
• Чувствительность к перегреву и необходимость в системах управления температурой.
• Необходимость в специальной утилизации, так как они могут быть опасны для окружающей среды.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) также используются в некоторых тяговых приложениях. Их преимущества включают:

• Высокая устойчивость к глубоким разрядам, что делает их идеальными для использования в условиях, где требуется высокая надежность.
• Долгий срок службы и высокая циклическая стабильность.

Однако у них есть и недостатки:

• Эффект памяти, который может снижать емкость аккумулятора при неправильной эксплуатации.
• Сравнительно высокая стоимость и токсичность кадмия, что требует осторожного обращения и утилизации.

Таким образом, выбор типа тягового аккумулятора зависит от конкретных требований и условий эксплуатации. Каждое из решений имеет свои сильные и слабые стороны, и важно учитывать их при принятии решения о покупке.

Вопрос-ответ

Можно ли тяговым аккумулятором заводить машину?

Теоретически тяговый аккумулятор можно использовать для запуска двигателя, но он будет работать менее эффективно. Причина в том, что тяговые АКБ не рассчитаны на высокие кратковременные нагрузки. Их конструкция оптимизирована для длительной работы, а не для резкого скачка тока, который нужен для запуска двигателя.

Сколько служит тяговый аккумулятор?

При соблюдении всех правил эксплуатации тяговая батарея может прослужить от 5 до 7 лет.

Советы

СОВЕТ №1

Перед покупкой тягового аккумулятора обязательно определите его назначение и требования к производительности. Разные виды аккумуляторов могут иметь различные характеристики, такие как ёмкость, напряжение и срок службы, поэтому важно выбрать именно тот, который соответствует вашим нуждам.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на тип аккумулятора. Существуют свинцово-кислотные, литий-ионные и другие типы тяговых аккумуляторов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Исследуйте их особенности, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант для вашего применения.

СОВЕТ №3

Не забывайте о правильном обслуживании аккумулятора. Регулярная проверка уровня электролита, чистка клемм и соблюдение правил зарядки помогут продлить срок службы вашего тягового аккумулятора и обеспечить его надежную работу.

СОВЕТ №4

Сравните цены и отзывы на различные модели аккумуляторов перед покупкой. Это поможет вам не только сэкономить деньги, но и выбрать качественный продукт, который будет служить долго и эффективно.