Выбор тяговых аккумуляторов

Обновленная статья от: 28.10.2020

Тяговые аккумуляторные батареи выполняют важную задачу – обеспечивают стабильное автономное питание электромотора и другого энергозависимого оборудования. Такие АКБ устанавливаются на электромобили, моторные лодки, катера, погрузчики, тягачи, штабелеры, поломоечные машины, промышленные пылесосы, гольфкары, электромобили, велосипеды и другие виды персонального электротранспорта.

Тяговые АКБ снабжают накопленной в себе энергией электромотор и дополнительное оборудование: осветительные приборы, контроллеры, навигационную электронику, эхолоты и т.д. Поэтому от выбора тяговых аккумуляторов напрямую зависит комфорт и эффективность эксплуатации техники и транспортных средств на электротяге.

Требования к тяговым АКБ

К батареям тягового типа предъявляются следующие требования:

• устойчивость к глубокому разряду – до 80% от номинальной емкости;
• стабильность напряжения в процессе разряда;
• отдача заявленного тока на протяжении всего процесса разрядки;
• способность работать в циклическом режиме, когда продолжительный разряд (фаза активной работы) чередуется с зарядом – пассивной фазой восстановления;
• после разряда – быстрое восполнение запаса емкости в процессе зарядки, протекающее без значительных структурных изменений;
• длительное время автономной работы – зависит от емкости АКБ и уровня потребления энергии;
• устойчивость к вибрациям и воздействиям внешней среды;
• высокий уровень влагозащиты;
• большой циклический ресурс;
• широкий диапазон рабочих температур.

Отличия от стартерных аккумуляторов

Задача стартерных аккумуляторов – кратковременно подавать на стартер большой ток, необходимый для запуска автомобильного двигателя. В остальное время они «отдыхают» и заряжаются, восполняя потраченную энергию от генератора. На значительные разряды стартерные аккумуляторы не рассчитаны. После нескольких десятков глубоких разрядов (ниже 10 В) они теряют работоспособность.

Иначе обстоит дело с тяговыми АКБ. Принцип их работы кардинально отличается – вместо кратковременной подачи высоких пусковых токов они отдают энергию в постоянном режиме, обеспечивая непрерывное питание электромотора и других устройств. Тяговые батареи не боятся значительного разряда, выдают стабильное напряжение, рассчитаны на работу в циклическом режиме разряд-заряд и не боятся жестких условий эксплуатации.

Благодаря особенностям конструкции они более устойчивы к окислительным процессам и выдерживают многочисленные циклы заряд-разряд. Например, в свинцово-кислотных АКБ тягового типа используются устойчивые к сульфатации толстые пластины, изготовленные из особого сплава и обработанные специальной пастой на основе свинца. Эта особенность позволяет использовать батареи в режиме глубоких разрядов, не боясь их преждевременного выхода из строя.

Типы тяговых АКБ по обслуживанию

В зависимости от необходимого обслуживания аккумуляторные батареи бывают:

1. Обслуживаемые – классические свинцово-кислотные аккумуляторы, нуждающиеся в систематической доливке дистиллированной воды и регулярной подзарядке.
2. Необслуживаемые – современные батареи, не требующие какого-либо обслуживания, кроме периодической зарядки и визуального осмотра на предмет целостности. Такие устройства полностью герметичны и не предусматривают вмешательства человека в их внутреннюю структуру.

Проще и безопаснее использовать необслуживаемые АКБ. Они герметичны, не выделяют вредных веществ, не нуждаются в отдельном хорошо вентилируемом помещении для зарядки. К тому же, при использовании герметичных батарей не приходится содержать в штате специалиста, занимающегося их обслуживанием.

Технологии производства тяговых АКБ

В зависимости от используемого электролита и технологии изготовления тяговые батареи бывают:

1. Свинцово-кислотные с жидким электролитом (WET). Такие модели имеют большой вес и длительное время зарядки, огне- и взрывоопасны, требуют строго контролировать уровень электролита и по мере необходимости доливать дистиллированную воду. Они не подходят для использования в жилых и невентилируемых помещениях, а заряжаться должны в сертифицированных помещениях с эффективной вентиляцией. Преимуществ у них немного – доступная цена, до 1000 рабочих циклов и морозоустойчивость.
2. Свинцово-кислотные с электролитом, абсорбированном в стекловолокне (AGM). Батареи этого типа – необслуживаемые, не выделяют опасных газов и способны работать при температуре до -30 °С. Они устойчивы к вибрации и допускают наклон или переворот на бок, но не «вверх ногами». Весомые недостатки AGM батарей – чувствительность к глубокому разряду и небольшой ресурс, до 400 рабочих циклов. Они больше подходят для использования в буферном режиме или для резервного электропитания.
3. Гелевые – с электролитом, имеющим гелевую консистенцию (GEL). Они не боятся глубоких разрядов, выдерживают более 700 рабочих циклов, допускают переворачивание и не требуют обслуживания. Гелевые АКБ дороже WET и AGM моделей, но по комфорту использования и сроку службы становятся более выгодным приобретением.
4. Литий-ионные, литий-железо-фосфатные (Li-ion, LiFePO4) – современный вид тяговых батарей с наилучшими эксплуатационными характеристиками. Они сочетают в себе легкий вес и высокую энергоемкость, простоту и безопасность использования, возможность быстрой и неполной зарядки, ресурс более 2000 циклов и возможность использования в диапазоне температур от -20 до +60 °С. И хотя цена литиевых АКБ выше, чем моделей других типов, целесообразность их покупки очевидна. Они не только устойчивы к глубоким разрядам, но и допускают неполный дробный заряд, восполняют энергию за 1,5–2 часа зарядки до 80–100% и соответствуют строгим требованиям безопасности.

В вопросе, какой тяговый аккумулятор выбрать для лодочного электромотора, складской техники или другого оборудования, по соотношению цены и эксплуатационных качеств лидируют аккумуляторные батареи типа LiFePO4. Благодаря полезной емкости 99,9% они позволяют по максимуму использовать потенциал оборудования, обеспечивая при этом его стабильное электропитание. К тому же, они отличаются термической и химической стабильностью, отлично держат заряд, не склонны к возгоранию или взрывам.

Критерии выбора

Кроме технологии изготовления, при выборе тяговых АКБ важно учесть следующие параметры:

1. Емкость, количество запасаемой энергии – от ее значения зависит длительность работы батареи между подзарядками. Чем больше емкость, тем дольше батарея сможет обеспечивать работу электромотора и других устройств на протяжении фазы активной работы. Емкость рассчитывается с учетом уровня потребления энергии и необходимого времени автономной работы оборудования на 1 заряде.

Перед тем, как выбрать тяговый аккумулятор для лодочного электромотора или других целей, расчетное значение емкости нужно увеличить минимум на 20%. Такой запас необходим, чтобы продлить срок службы батареи. К тому же, со временем запас емкости уменьшается – из-за естественных изменений внутренней структуры и нарушений правил эксплуатации, например, из-за хранения в разряженном состоянии.

2. Напряжение – выбирается в соответствии с вольтажом двигателя. Например, лодочные моторы бывают на 12, 24 и 48 В. Такое же напряжение должно быть и у используемых совместно с ними АКБ. Для суммирования напряжения аккумуляторы соединяются последовательно.
3. Циклический ресурс – показывает, сколько циклов заряд-разряд выдержит батарея при глубине разряда 80% до момента снижения ее исходной емкости на 20%. AGM батареи имеют ресурс до 400 циклов, гелевые – более 700, литий-ионные – 1000, литиевые с типом химии LiFePO4 – более 2000.
4. Разъемы. Перед покупкой необходимо убедиться в совместимости разъемов АКБ и оборудования.
5. Тип зарядного устройства. При выборе зарядного устройства для тяговых АКБ нужно убедиться в их совместимости. Зарядное устройство должно предназначаться для батарей выбранного типа и выдавать рекомендуемый производителем ток заряда.
6. Размеры и масса. Эти параметры зависят от типа батареи – литиевые АКБ легче и компактнее остальных. При сравнении батарей одного типа их вес и размеры растут с увеличением емкости. При выборе подходящей АКБ учитывается допустимая масса для конкретных условий использования, особенности установки батареи, а при наличии аккумуляторного отсека – его размеры.

Например, для каждой модели моторной лодки или катера в инструкции значится допустимая масса батареи. При выборе АКБ для складской и клининговой техники играют роль размеры аккумуляторного отсека. Если же батарея выбирается для электровелосипеда, мопеда или самоката на электротяге, ее оптимальная форма и размеры зависят от места установки: на багажнике, в треугольнике рамы, на подседельном штыре, на рулевой стойке и т.д.

Выводы

При выборе тяговой батареи необязательно выбирать аналог старой АКБ. Например, вместо гелевой АКБ можно купить литиевую, причем она при той же емкости будет компактнее и легче.

Главное, чтобы выбранная батарея имела достаточную емкость, подходящие размеры и массу, а также была совместима с двигателем по вольтажу и разъемам. В остальном выбор зависит от ваших предпочтений, но более надежными и удобными в использовании заслуженно считаются необслуживаемые батареи литий-железо-фосфатного типа (LiFePO4).

В предыдущей статье нашего блога – обзор функциональных и практичных электровелосипедов VoltBikes.