Тягові акумуляторні батареї (АКБ) об'єднані в особливу групу за своїм призначенням. Їх робота полягає в забезпеченні електроенергією електромоторів різної техніки, механізмів та пристроїв.
Тягові АКБ широко застосовуються для сучасної складської техніки: штабелерів, палетних візків, тощо.
- Відмінність тягових АКБ від стартерних
- Cвинцево-кислотні батареї типу AGM
- Cвинцево-кислотні батареї типу GEL
- Cвинцево-кислотні батареї типу WET (Flooded)
- Лужні акумуляторні батареї
- Заряджання тягових акумуляторів
- Основні правила експлуатації акумуляторних батарей
Відмінність тягових АКБ від стартерних
Основною відмінністю тягових акумуляторів від звичайних автомобільних стартерних батарей є їх режим роботи. Якщо стартерний акумулятор віддає високий пусковий струм тільки при запуску двигуна, то тягова АКБ забезпечує електродвигун струмом протягом усього часу його роботи.
Простіше кажучи, тягові акумуляторні батареї працюють в постійному циклі: тривалий розряд (активна робоча фаза), а потім заряд (пасивна відновлювальна фаза). Стартерні АКБ, віддавши за кілька секунд енергію при запуску, потім заряджаються від генератора працюючого двигуна.
Тому основною вимогою, яка пред'являється до батарей тягового типу, є стійкість до глибокого розряду. Адже в процесі роботи вони в середньому розряджаються до 80% від своєї номінальної ємності. Потім їх ставлять на зарядку і процес повторюється. Звідси випливає і ще одна вимога. Тягові АКБ повинні тримати номінальну напругу і віддавати заявлений струм до моменту практично повної розрядки. Після глибокого розряду вони повинні легко відновлюватися без втрати ємності.
Із вище наведенного можна зробити висновок, що стартерні автомобільні акумулятори не можуть використовуватися в ролі тягових. Для них чутливий глибокий розряд, оскільки після нього вони втрачають значну частину своєї ємності.
До групи тягових АКБ належать деякі свинцево-кислотні (AGM, GEL, WET), лужні та літієві батареї.
AGM свинцево-кислотні батареї
Технологія AGM - (Absorbent Glass Mat) це можна перекласти як "поглинаюче скловолокно". В якості електроліту використовується кислота в рідкому вигляді, як і у класичних кислотних акумуляторах. Але простір між електродами заповнений мікропористим матеріалом-сепаратором на основі скловолокна. Ця речовина діє як губка, вона повністю всмоктує всю кислоту і утримує її, не даючи розтікатися.
При протіканні хімічної реакції всередині такого акумулятора також утворюються гази (в основному водень і кисень). Бульбашки газу заповнюють деякі пори волокна, при цьому газ не випаровується. Він бере безпосередню участь в хімічних реакціях при підзарядці батареї, повертаючись назад в рідкий електроліт. Цей процес називається рекомбінацією газів. В сучасних AGM акумуляторах ефективність рекомбінації досягає 95-99%.
Тобто всередині корпусу такого акумулятора утворюється мізерно мала кількість газу і електроліт не змінює своїх хімічних властивостей протягом багатьох років. Проте, закінченню дуже довгого часу вільний газ створює усередині батареї надлишковий тиск, коли він досягає певного рівня, спрацьовує спеціальний випускний клапан. Цей клапан також захищає батарею від розриву в разі виникнення позаштатних ситуацій: робота в екстремальних режимах, різке підвищення температури в приміщенні через зовнішніх факторів тощо.
Акумулятори типу AGM мають низку переваг як перед класичними батареями з рідкими електролитом (wet, flooded), так і перед іншими технологіями, що робить їх одними з найпоширеніших у світі. Батареї AGM широко використовуються у складській техніці.
- АКБ виготовлені за технологією AGM не вимагають обслуговування і додаткової вентиляції приміщення
- Електроліт в AGM батареях тримається в сепараторі завдяки капілярному ефекту і не витікає за межі сепаратора, тому такі акумулятори можуть експлуатуватися в будь-якому положенні (крім перевернутого на 180°)
- Скловолоконний сепаратор додатково фіксує активний матеріал пластин, запобігаючи їх осипання через корозію в процесі експлуатації
- AGM акумулятори, на відміну від стандартних свинцево-кислотних АКБ, можуть в виключних ситуаціях працювати в режимі близькому до глибокого розряду (deep cycle). Тобто вони можуть віддавати електричну енергію до стану, коли запас енергії падає до 20-30% від початкового значення. Після проведення зарядки такого акумулятора він практично повністю відновлює свою робочу ємність. Звичайно, зовсім безслідно такі ситуації проходити не можуть. Але сучасні AGM акумулятори витримують від 600 і вище циклів глибокої розрядки
- У AGM батарей дуже малий струм саморозряду. Заряджена батарея може зберігатися непідключеною тривалий час. Наприклад, за 12 місяців простою заряд акумулятора впаде всього до 80% від початкового. При виготовленні батарей використовуються більш дорогі матеріали з особливими властивостями: електроди виготовляються з особливо чистого свинцю, самі електроди роблять товщими, в електроліт входить сірчана кислота високого ступеня очищення.
- Впевнена робота за низьких температур до -30°C (нижче можлива кристалізація електроліту розрядженого батареї і як наслідок зниження терміну служби з огляду на пошкодження активної поверхні).
- Збільшений термін служби в умовах підвищеної вібрації.
- Перевагою акумуляторів AGM перед технологіями GEL та WET, є менший внутрішній опір акумулятора. Перш за все це впливає на час заряду АКБ: AGM швидше заряджається, а значить швидше виходить з режиму глибокого розряду, який є руйнівним для всіх типів свинцево-кислотних батарей. Також завдяки меншому внутрішньому опору, батареї AGM менше виділяють тепла при роботі
Акумуляторними батареями AGM оснащено таку складську техніку компанії STAXX: візки електричні самохідні моделей WPT, штабелери електричні самохідні моделей PWS, WS.
GEL свинцево-кислотні батареї
Технологія GEL - (Gel Electrolite) у рідкий електроліт додають речовину на основі двоокису кремнію (SiO2), в результаті чого утворюється густа маса, що нагадує за консистенцією желе. Цією масою і заповнений простір між електродами всередині акумулятора. В процесі хімічних реакцій в товщі гелевого електроліту виникають численні газові бульбашки. У цих порах і раковинах відбувається зустріч молекул водню і кисню, тобто газова рекомбінація.
На відміну від AGM технології гелеві акумулятори ще краще відновлюються зі стану глибокого розряду, навіть у тому випадку, коли до процесу заряду не приступили відразу ж після розряду батареї. Вони здатні витримати більше 1000 циклів глибокої розрядки без принципової втрати своєї ємності. Завдяки тому, що електроліт знаходиться в густому стані, то він менш схильний до розшарування на складові частини воду і кислоту, тому гелеві акумулятори краще переносять неоптимальні параметри струму підзаряду.
Також, гелеві батареї краще переносять сильні морози. Зниження ємності при зниженні температури GEL акумуляторів менше, ніж у інших типів акумуляторів.
Гелеві акумулятори мають приблизно на 10-30% більший термін служби, ніж AGM акумулятори.
Мабуть, єдиний мінус гелевою технології - ціна, вона вища, ніж у AGM батарей однакової ємності.
WET (Flooded) свинцево-кислотні батареї
Класична технологія WET - (від аглійського слова wet, мокрий) - батареї традиційного типу з рідким електролітом, що представляє собою розчинену дистильованою водою сірчану кислоту. Також цей тип АКБ називають flooded, заливний.
Залежно від технологічного способу виробництва електродів підрозділяються на три основні класи:
- Акумулятори зі звичайним обслуговуванням. Пластини таких акумуляторів виготовляються зі свинцево-стибієвого сплаву (Pb/Sb) , їм потрібно періодична перевірка рівня електроліту і поповнення його дистильованою водою.
- АКБ з обмеженим технічним обслуговуванням. Виготовляються за гібридною технологією: плюсові пластини мають свинцево-стибієвий склад зі зниженим вмістом стибію, а негативні виготовляються зі сплаву свинцю і кальцію. Процес зарядки тягових акумуляторних батарей такого типу супроводжується меншим випаровуванням води з електроліту, тому відновлення рівня потрібно тільки при експлуатації в важких умовах підвищених температур і навантажень.
- В акумуляторах SM (маркується ще як MF), які не потребують обслуговування, електроди виготовляються з свинцевих сплавів, які не містять стибій. Позитивні пластини можуть мати свинцево-кальцієво-олов'яний або свинцево-кальцієво-олов'яно-срібний склад, негативні виробляються з свинцево-кальцієвого сплаву.
У заливних вентильованих аккумуляторах, що потребують обслуговування електроліт заливається в елементи через отвори у верхній частині контейнера, через ці ж отвори доливається дистильована вода в процесі експлуатації. У складській техніці можуть застосовуватись заливні батереї із різним форм-фактором, тобто із різними стандартами конструктивного виконання. Найбільш розповсюджені форм-фактори: PzS, PzB.
Заливні батареї PzS
Батарея PzS поставляється в зібраному вигляді, залита електролітом і складається з послідовно з'єднаних акумуляторів, встановлених в спеціальні металеві батарейні ящики.
Батареї PzS, якими комплектується складська техніка від компанії КОЗАК+ виготовленні відомою компанією Tianneng Group і мають такі переваги:
- Акумулятори PzS спеціально розроблений згідно стандарту DIN
- Адаптовані до європейських технологій та вимог
- Батареї стійки до низьких температур
- В акумуляторах Tianneng використовуються високоефективні панцирні (трубчаті) електроди AMER-SIL
- В акумуляторах використовуються високоякісні сепаратори DARAMIC та конектори FROEPEK
- Акумулятори Tianneng PzS забезпечують тривалий термін служби на 1500 циклів при 80% глибини розряду (DOD)
- Батареї мають повністю ізольовані термінали і з'єднувачі
Акумулятори заливного типу (WET) застосовуються здебільшого в якості батарей для електронавантажувачів. Заряджати тягові акумулятори допускається виключно під витяжкою.
Основні переваги заливних акумуляторних батарей це тривалий термін служби та надійність
Лужні акумулятори
Це найбільш поширений вид тягових акумуляторів. За своєю конструкцією вони схожі на свинцево-кислотні батареї. Вони поставляються в збірках з окремих Ni-Cd або Ni-MH акумуляторних елементів. Використовуються елементи ламельного типу. Номінальна напруга повністю зарядженого елемента близько 1,45 вольта при розімкнутому ланцюзі. Робоча напруга становить 1,25 вольта. Поєднуючи їх, отримують необхідну напругу на виході.
Серед переваг лужних тягових АКБ можна назвати наступні:
- Легко переносять глибокий розряд.
- Можуть довго без наслідків перебувати в розрядженому стані.
- Завдяки великому внутрішньому опору витримують великі розрядні струми.
- Стійкі до коливань та вібрації. Можуть навіть переносити короткочасні замикання.
- У порівнянні з Pb батареями лужні мають більш високу енергоємність і більш тривалий термін служби.
- Менший саморазряд в порівнянні з свинцево-кислотними.
До мінусів лужних батарей слід віднести наступне:
- Для обслуговування потрібно кваліфікований персонал. Періодично потрібно перевіряти рівень електроліту, а також грамотно проводити заряд
- У нікель-кадмієвих акумуляторів яскраво виражений негативний «ефект пам'яті»
- Кадмій є отруйною речовиною, через що ускладнено виробництво і переробка таких батарей
Заряджання тягових акумуляторів
Довговічність роботи батареї багато в чому залежить від того, як правильно зарядити тяговий акумулятор. Для заповнення ємності повинні застосовуватися спеціалізовані зарядні пристрої, з інтегрованою в них методикою автоматичного регулювання рівня заряду.
Як правило, батарея підлягає зарядці струмом, нижче номінальної ємності в 10 разів. Наприклад, максимальний струм зарядки для тягової батареї ємністю 110 А*г складе 10А, а час зарядки 10-12 годин.
Правила експлуатації АКБ
- Не допускайте зберігання АКБ в розрядженому стані. В цьому випадку відбувається сульфатация електродів. В цьому випадку АКБ втрачає ємність і істотно скорочується термін служби АКБ
- Не допускайте короткого замикання клем АКБ. Це може відбуватися при монтажі АКБ некваліфікованим персоналом. Сильний струм короткого замикання зарядженого АКБ здатний розплавити контакти клем і нанести термічний опік. Коротке замикання також завдає серйозної шкоди АКБ
- Не намагайтеся відкрити необслуговувану АКБ. Електролит, що міститься всередині, здатний викликати серйозний хімічний опік
- Підключення АКБ до мережі має виконуватись суворо дотримуючись полярності. Повністю заряджена АКБ має значний запас енергії і здатна при неправильній полярності вивести пристрій (інвертор, контролер, тощо) з ладу.
- Утилізація батереї, що відслужила свій термін має виконуватись згідно правил утилізації виробів, що містять важкі метали та кислоти
- Майже всі герметичні акумулятори (GEL, AGM) можуть встановлюватися на боці, але не допускається перевертання на 180°.
Тягові акумулятори не вимагають виконання трудомістких операцій з обслуговування. Нескладний догляд, своєчасна зарядка відповідно до регламенту - ось прості вимоги, виконання яких дозволяє ефективно експлуатувати батареї протягом 6-8 років або від 600 до 1500 зарядно-розрядних циклів.
