Тяговые аккумуляторы - что это такое и как устроены

• Для чего нужны тяговые аккумуляторы?
• Отличие тяговых аккумуляторов от стартерных
• Устройство тягового аккумулятора
• Устройство тяговых АКБ на основе лития
• Преимущества тяговых аккумуляторов

У покупателей часто возникают вопросы: что значит «тяговый аккумулятор», чем он отличается от стартерных моделей, каковы его преимущества и особенности эксплуатации? Отличия есть и в строении аккумуляторов, и в возможностях их использования. Стартерные модели рассчитаны на кратковременную подачу высокого тока в момент запуска двигателя, а в остальное время они «отдыхают» и заряжаются от генератора.

Тяговые аккумуляторы способны в постоянном режиме обеспечивать питание электрооборудования – до тех пор, пока не исчерпают свой запас энергии. После этого их необходимо зарядить от электросети. По окончании зарядного процесса тяговая батарея снова готова к длительной эксплуатации, т.е. она предназначена для использования в циклическом режиме заряд-разряд. Количество рабочих циклов зависит от вида используемой батареи, например, у литиевых АКБ ресурс работы превышает 1000 циклов.

Для чего нужны тяговые аккумуляторы?

Тяговые аккумуляторы устанавливаются на разные виды электротранспорта и техники, работающей на электротяге. В частности, они используются для автономного питания электровелосипедов, электромобилей, лодочных электромоторов, инвалидных колясок, гольфкаров, погрузчиков, тягачей, штабелеров, гидравлических тележек, поломоечных машин и другой техники, оснащенной электроприводом.

Отличие тяговых аккумуляторов от стартерных

Стартерные аккумуляторы преимущественно используются на автомобилях. Они подают на стартер необходимый пусковой ток и обеспечивают запуск двигателя. Для стартерных аккумуляторов характерны:

• кратковременная подача высокого пускового тока – 250–1000 А в течение нескольких секунд, а после запуска мотора аккумулятор восполняет потраченную энергию;
• напряжение 12,7 В;
• емкость 55–65 Ач;
• чувствительность к разрядам – после нескольких глубоких разрядов аккумулятор теряет значительную часть своей емкости.

Тяговые АКБ также устанавливаются на транспортные средства и двигательные механизмы, но имеют кардинально отличающийся принцип работы. Вместо кратковременной подачи высоких пусковых токов они предназначены для непрерывной подачи энергии на электрооборудование на протяжении всего времени его работы. Тяговые аккумуляторы работают в циклическом режиме – отдают накопленную энергию электродвигателю и остальным энергопотребляющим устройствам, а затем восполняют запас энергии в процессе зарядки от электросети.

Тяговые АКБ еще называют батареями глубокого разряда. Они не боятся значительной разрядки, но для продления эксплуатационного ресурса желательно не разряжать их ниже уровня 5%. Такие АКБ устойчивы к постоянным нагрузкам, а время их работы на одном заряде зависит от емкости батареи и энергопотребления работающего от нее оборудования.

Устройство тягового аккумулятора

Как и стартерные аккумуляторы, тяговые АКБ имеют внутри пластины электродов (катод, анод) и электролит. У свинцово-кислотных батарей электролит бывает жидким и гелеобразным. Главное отличие в устройстве тяговых аккумуляторных батарей заключается в толщине электродных пластин. У стартерных аккумуляторов они тонкие, а у тяговых АКБ – толстые, способные поддерживать длительную подачу тока без потери характеристик. Поэтому тяговые АКБ более устойчивы к износу и имеют увеличенный ресурс.

Стартерные батареи имеют сплошной корпус, в котором находятся электродные пластины и электролит. Тяговые модели производятся в виде моноблока, содержащего несколько взаимодействующих между собой аккумуляторов. Свинцово-кислотные тяговые батареи состоят из нескольких аккумуляторов напряжением по 2 В. Чаще всего используются сборки напряжением 12 В, состоящие из 6 последовательно соединенных секций.

Корпус тяговых АКБ выполняется прочным, устойчивым к внешним воздействиям и агрессивным средам. Тяговые батареи свинцово-кислотного типа отличаются большими размерами и солидным весом. Более удобны в эксплуатации тяговые батареи на основе лития – Li-ion, LiFePO4, NCM. В дополнение ко всем преимуществам тяговых АКБ они не требуют обслуживания, лишены выраженного эффекта памяти, имеют легкий вес, компактные размеры и рабочий ресурс свыше 2000 циклов перезарядки.

Устройство тяговых АКБ на основе лития

Литий-ионные батареи состоят из оксида металла в качестве катода, пористого углерода в роли анода и токопроводящего электролита. Химический состав Li-ion аккумуляторов бывает разным. Для повышения удельной энергоемкости и улучшения эксплуатационных характеристик элементов питания производители экспериментируют с материалами для катода и анода.

В сочетании с графитовым анодом используются катоды из оксида кобальта LiCoO₂, литий-марганцевой шпинели LiMn₂O₄, оксида литий-никель-марганец-кобальта LiNiMnCoO₂ (NMC), литий-железо-фосфата LiFePO4 и других материалов. Наилучшие характеристики имеют тяговые батареи типа LiFePO4 и NMC. Они собираются из отдельных аккумуляторов, имеющих вид цилиндров, призматиков или пакетов.

Соединение осуществляется по определенной схеме – в зависимости от необходимых значений емкости и напряжения батареи. Управляющая электроника в виде BMS платы (Battery Management System) обеспечивает безопасную и долговечную работу батареи, не допуская ее перезаряда, токовых перегрузок, перегрева и других опасных состояний. Система управления и балансировки ячеек регулирует процесс разряда и разряда элементов, не допуская преждевременного износа батареи.

Преимущества тяговых аккумуляторов

Тяговые АКБ на основе лития имеют:

• широкий диапазон рабочих температур;
• низкий саморазряд;
• долгий срок службы, даже в жестких условиях эксплуатации;
• высокие показатели химической и термической стабильности;
• большие значения удельной емкости;
• стойкость к глубоким разрядам;
• возможность бесперебойной работы в течение длительного времени в циклическом режиме, в условиях постоянной токоотдачи.

В продолжение темы предлагаем для прочтения статью о лучших АКБ для складской техники.