XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Аккумуляторные батареи, предназначенные для подвижного состава, выполняют разные функции. Например, на дизель-поездах, тепловозах и газотурбовозах они используются в основном для пуска дизелей и газовых турбин. При электрическом пуске дизеля тяговый генератор с пусковой обмоткой последовательного возбуждения подключают к батарее.

Поскольку, омическое сопротивление пусковой обмотки тягового генератора мало и включение осуществляется без дополнительных сопротивлений, то в момент включения ток достигает 2200-2700А, а к концу пуска 1 000÷1100А (ток прокрутки вала). Сам процесс пуска дизеля длится 8-10 сек, но максимальная величина тока резко спадает уже через 0,1—0,2 сек. При этом расход емкости на один пуск очень мал и в нормальных условиях не превышает 2А/ч. Однако батарея должна иметь определенный запас емкости, так как для пусковых оборотов нужно высокое напряжение. Поэтому на тепловозах обычно устанавливают батареи ёмкостью 350÷550А/ч.

Предназначение АКБ(электровозы, электропоезда)

Совсем другое назначение аккумуляторной батареи на электровозах, электропоездах и поездах метрополитена. На подвижном составе метрополитена аккумуляторы используют как автономный источник постоянного тока для запитки цепей низкого напряжения при неработающем генераторе. Емкость таких батарей - 100÷120А/ч.

На не электрифицированных участках тяговые двигатели и все иные электрические аппараты поезда получают питание от аккумуляторной батареи, поэтому используют аккумуляторы большой емкости.

Для вагонов с кондиционированием воздуха мощность генератора 25—28Квт расходуется на освещение вагона, на работу холодильной установки или электроподогревателя, принудительной вентиляции, электрокипятильника и охладителя питьевой воды. В вагонах с кондиционированием воздуха, в вагонах-ресторанах, почтовых и других вагонах с большим потреблением энергии применяют в основном кислотные аккумуляторные батареи большой ёмкости с напряжением 50 или 110в.
Во время эксплуатации вагона его аккумуляторы находятся в сложных климатических условиях и в состоянии тряски и вибрации. Заряд и емкость батареи зависят от скорости движения состава, продолжительности времени стоянок и работы потребителей тока. На стоянке и при замедленном его движении электродвигатели СУ, осветительные и другие приборы потребляют электроэнергию от аккумулятора.

Технические условия, маркировка

Изготавливаются аккумуляторы по техническим условиям ИРФБ.563414.024 ТУ.В условном наименовании тепловозных АБ буквы и цифры означают: 32 и 48 — количество аккумуляторов в батарее; Т — область применения (тепловозы); Н — тип электродных пластин (намазные). Цифры после букв — номинальная емкость батарей при 10-часовом режиме разряда в амперчасах; У — климатическое исполнение; 2- категория размещения; ТМ — материал моноблока (термопласт); материал сепаратора — мипласт; Л — секция с общей приварной крышкой; 3 — залитая электролитом и полностью заряженная.

Например, запись обозначения АБ емкостью 450 Ач — 32ТИ-450 ТМЗ.

Состав, эксплуатация АКБ

Батареи состоят из отдельных секций, которые состоят из четырех или трех аккумуляторов в эбонитовых моноблоках, или из 16 отдельных секций по 2 аккумулятора в каждой секции для батареи 32ТН-450А и из 24 секций для батарей 48ТН-450А.

Удельная энергия секции по массе составляет 27,2 Втч/кг, по объему — не менее 50,0 Втч/дм3 удельная материалоемкость — 21,33 кг/кВтч.
Батареи используют в эксплуаиации при номинальной плотности электролита 1,245±0,005 г/см3 при уровне 20÷25 мм над предохранительным щитком. Аккумуляторы в одной секции и секции между собой соединяются последовательно.
Моноблоки и крышки секций батарей изготовлены из специального термопласта, стойкого к воздействию масел, дизельного топлива и раствора серной кислоты.
Секция 2ТН-450ТМ состоит из моноблока, который разделён перегородкой на два аккумулятора, каждый из которых имеет собственную крышку, герметизация секций осуществляется резинобитумной мастикой.
Секция аккумуляторов 2ТН-450А состоит также из двух аккумуляторов. Герметизация секций осуществляется приваркой общей крышки по периметру и перегородке моноблока. Герметизирующая мастика в секциях 2ТН-450ТМ, а также сварной шов в секциях 2ТН-450А обеспечивают герметичность аккумуляторов при температурах от -50 до +60°С и при повышенном или пониженном давлении по сравнению с атмосферным на (16±1,3) кПа, (120±10ммрт. ст.).

Тепловозные аккумуляторы ремонтопригодны: серии ТМ в части замены секций, крышек, перемычек и отдельных блоков электродов; серии А — секций и перемычек.

Направления развития

Основными направлениями развития тепловозных АБ являются: замена мипласт-сепараторов на комбинированные, введение связующих добавок в активные массы, применение малосурьмяных коррозионно-стойких сплавов для отливки положительных токоотводов, совершенствование режимов эксплуатации, включая уравнительные заряды.
Реализация таких мероприятий позволит увеличить эксплуатационный срок службы в 1,5-2 раза, а число зарядно-разрядных циклов — до 400 и более. При этом за счет снижения скорости саморазряда в 2-3 раза значительно сократится частота доливок воды при использовании АБ на тепловозах.

Новая батарея

В рамках проекта литий - железо-фосфатная АБ создана новая батарея, которая состоит из 11 элементов, каждый из которых в свою очередь снабжён печатной платой. Плата помогает определить его температуру. Контроль и диагностика осуществляются с помощью центральной системы управления батареей. Допустимое значение зарядного напряжения опытной батареи- 39-45В.Объембатареи 60л.

Батарея предназначена для временного энергоснабжения отдельных потребителей подвижного состава. Изначально эта батарея предназначеюалась для установки на существующем ПС, но только при его модернизации. Но в будущем её можно будет установить на новом ПС, где применяется напряжение бортовой сети, равное 110В.

Проблемы зарядки АБ

Одним из существенных недостатков существующих способов заряда, которые реализуются в условиях работы тяговых аккумуляторов на подвижном составе, является отсутствие возможности во всем диапазоне наружных температур для всех климатических зон России создать необходимый закон изменения зарядного тока для сообщения аккумуляторным батареям номинальной емкости, исключая при этом достижение электролитом недопустимых температур в летний период работы подвижногосостава.
Эти сложности при эксплуатации необходимого классического зарядного тока у тяговых аккумуляторных батарей, работающих на подвижном составе, особенно на современных пассажирских вагонах с номинальной емкостью связаны с тем, что питаемые от аккумуляторов мощные электропотребители требуют жесткого соединения с зарядным устройством . При таком режиме работы аккумуляторов практически очень сложно осуществлять регулирование зарядного тока аккумуляторов в необходимых пределах из-за необходимого в этом случае еще более сложного закона регулирования зарядного напряжения, диапазон изменения которого задан узким допустимым диапазоном изменения этого же напряжения на электропотребителях.

Одна из проблем аккумуляторов для вагонов метрополитена – частая разрядка аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня, следствие, снижение емкости или выход из строя. Решением может быть установка в ящик с аккумуляторными батареями устройства, которое позволяет контролировать ток разрядки и напряжение.

Перспективы развития АБ

Инновационные аккумуляторные батареи для подвижного состава( новые аккумуляторные батареи TPPL) унифицированы под установку в аккумуляторные ящики без изменения конструкторской документации, обладают низким временем заряда – два часа до 80% от номинальной емкости, полностью интегрированы для работы со стабилизаторами зарядного напряжения и их модификациями.
Преимущества применения необслуживаемых аккумуляторных батарей на пассажирском транспорте: при использовании таких аккумуляторов отсутствует необходимость в доливе дистиллированной воды, в смене электролита и последующей утилизации отработанного электролита, в тренировочных циклах и в смазке неизолированных межэлементных соединителей. В необслуживаемых аккумуляторах электролит находится в загущенном состоянии и при этом отсутствует возможность вытекания электролита из аккумулятора, снижается риск возникновения внутренних коротких замыканий, вызванных осыпанием активной массы.
Завод ПАО "АИТ" обладает технической оснащённостью, которая позволяет разрабатывать и производить передовые аккумуляторы и системы автономного энергообеспечения, надежные щелочные аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Одним из перспективных решений в области АБ пассажирского транспорта может стать применение литий-ионных аккумуляторов, потому что они обладают высоким коэффициентом полезного действия, безопасны, и имеют высокий ресурс циклирования и длительный срок службы.

Перспективные тренды на рынке аккумуляторного производства: появление инновационных графеновых аккумуляторов, которые будут в четыре раза мощнее и в два раза легче литий-ионных аккумуляторов;
разработка системы утилизации аккумуляторов для уменьшения негативного воздействия на окружающую среду; создание "Белой книги" в рамках аккумуляторного производства, которая будет включать вопросы научно-технического потенциала, экономические и целевые параметры аккумуляторов.

Список использованной литературы:

https://akkumir.ru/tipakb/akbpoezda

http://lokomo.ru/info/akkumulyatornaya-batareya.html

http://www.dissercat.com/content/vybor-rezhimov-zaryada-shchelochnykh-nikel-zheleznykh-teplovoznykh-batarei

Код для цитирования: Скопировать