Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы для электровелосипедов - устройство

15.05.2014

Тяговые аккумуляторы

  «Сколько километров этот электровелосипед может проехать от одной зарядки аккумуляторов?» - наиболее часто задаваемый вопрос потенциальных покупателей электротранспорта.  Однозначного ответа на данный вопрос нет, - слишком много факторов влияет на конечный результат. Но самое большое влияние на расстояние пробега, оказывает все-таки емкость аккумуляторов. Электровелосипеды VOLTA BIKES оснащаются двумя типами аккумуляторных батарей: тяговыми свинцово-кислотными или литий-железофосфатными. Каждый из типов имеет свои особенности эксплуатации. При покупке электровелосипеда, необходимо уточнить какой тип батарей установлен на Вашем электровелосипеде, и придерживаться рекомендаций по их эксплуатации.

Тяговые аккумуляторы были изобретены в 1859 году французским врачом Гастоном Планте. Из-за примитивной конструкции электродов и сепаратора - пластины из листового свинца, обернутые в полотно, скрученные в спираль, опускались в 10% раствор серной кислоты, первые аккумуляторы отличались низкой емкостью. Далее конструкция свинцово-кислотных аккумуляторов неоднократно совершенствовалась за счет изменения структуры пластин и сепаратора.
      В 1881 году было предложено использовать в качестве электродов намазанную свинцовую решетку. В этом же году была изобретена технология производства электродов из сплава свинца и сурьмы.
      С 1890 года свинцово-кислотные батареи стали выпускаться в промышленных масштабах.
      В 1957 году были изобретены батареи с гелевым электролитом, не требующие ухода.
      В 1970-х годах в продаже появились также герметизированные батареи, в которых электролит был адсорбирован на сепараторе.
      В 1980-х были разработаны   электроды из сплава свинца с кальцием для улучшения прочности электрода при снижении его веса.
Особенности современных тяговых аккумуляторов:
  • Максимальное количество циклов зависит от температуры и глубины разряда.
  • Электролит абсорбирован на сепараторе.
  • Малое внутреннее сопротивление.
 Преимущества:
- Используются в любом положении.
- Герметичны
-  Обеспечивают сотни циклов заряда-разряда(300-500) без существенного ухудшения характеристик
-  Универсальные и эффективные.
-  Низкий уровень саморазряда (3-7 % в месяц)
-  Надежные
 - Недорогие
 - Необслуживаемые.
Недостатки:
- Большой удельный вес на единицу запасаемой энергии
- Длительное время зарядки.
    
Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают стартерные и тяговые. Первые отличаются повышенным максимальным током разряда. Электролит (водный раствор серной кислоты) в аккумуляторах может находиться как в жидком состоянии, так и в виде пасты или геля. В таких аккумуляторах почти исключается риск протечек и сведено к минимуму его испарение. Использоваться они могут в любом положении, хотя размещать их «вверх ногами» все-таки нежелательно.    тяговые аккумуляторы
    Поэтому, ввиду относительной безопасности, они применяются в электротранспорте и источниках бесперебойного питания.
    Этот тип аккумуляторов называется «VRLA» и делится на подтипы: «AGM» ( от англ. Absorbed Glass Material) и «GEL» (гель).  В аккумуляторах AGM электролитом пропитывают  сепаратор, выполненный из пористого материала, похожего на стекловату. Этот сепаратор в виде губки, заполняющей пространство между пластинами,  удерживает в себе электролит за счет сил капиллярного натяжения и обеспечивает качественную изоляцию пластин друг от друга и препятствует их разрушению.
Кроме того, такая конструкция сепаратора, сводит к минимуму выделение газов и облегчает их рециркуляцию. Электролит, находясь в жидком состоянии, обеспечивает хорошие показатели максимального тока разряда / заряда. Аккумуляторы AGM хорошо переносят ускоренный заряд, а естественная циркуляция электролита обеспечивает выравнивание температуры внутри аккумулятора при заряде.
В тяговых аккумуляторах электролит состоит из серной кислоты и силиконового геля, который заполняет все пространство между пластинами. Рециркуляция газов имеет несколько меньшие показатели (96-98%, по сравнению с 99% у типа AGM)/
За счет меньшей подвижности ионов в электролите, тяговые аккумуляторы имеют меньшие максимальные токи разряда / заряда, чем тип AGM. При большом скачке нагрузки в сторону увеличения, -  у  аккумуляторов может наблюдаться кратковременный провал напряжения, что, впрочем непринципиально для электроники электровелосипедов.
Из-за малой подвижности электролита существует и ограничение по максимальному току зарядки до уровня 0,2С (20% номинальной емкости). При токе заряда,  превышающем эту величину, существует опасность вспучивания геля от избытка газов и плохой теплопроводности и выходу аккумулятора из строя.  Поэтому тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы более чувствительны к соблюдению параметров заряда и заряжать их желательно с применением качественных зарядных устройств со стабильным напряжением и минимумом пульсаций, что обычно обеспечивают штатные зарядные устройства. При использовании нештатных зарядных устройств необходимо строго выдерживать оптимальные параметры заряда, указанные ниже.
Главное преимущества тяговых аккумуляторов по сравнению с аккумуляторами AGM – их высокая долговечность (больше в 2-3 раза), особенно при регулярных максимальных разрядах-зарядах. Это обеспечивает опять-таки малоподвижный электролит, который надежно фиксирует активный материал пластин.
Поэтому большинство моделей электротранспорта комплектуется тяговыми свинцово-кислотными аккумуляторами.
Косвенными признаками хорошего качества аккумулятора, является дата его изготовления и вес.Так, вес наиболее часто применяемого аккумулятора в электровелосипедах и электроскутерах с напряжением 12 вольт и емкостью 12 ампер часов, должен находиться в пределах 4.3 – 4.4 кг.
У некоторых производителей, существует практика завышения характеристик. Так я встречал аккумуляторы, на которых была указана емкость 12 ампер часов при весе 3.7-4.1 кг. Скорее всего, - она не соответствует действительности, а такое несоответствие указанных параметров весу, говорит либо о некомпетентности импортера, либо о намеренном введении клиентов в заблуждение. Ведь себестоимость более легкого свинцово-кислотного аккумулятора всегда будет   ниже на 10-20%, чем у «правильного», а продажная цена поддельного аккумулятора,- для привлечения покупателей, устанавливается ниже рыночной на 10-15 процентов.
В электровелосипедах обычно используются батареи, состоящие из двух, трех или четырех 12- вольтовых аккумуляторов. Наибольшее распространение получили аккумуляторы с маркировкой 6DZM12, напряжением 12 Вольт и емкостью 12АЧ, сочетающие оптимальную мощность, которая обеспечивает примерно 8-12 километров пробега электровелосипеда от каждого аккумулятора и посильный для велосипеда вес в 4.3-4.4 кг (для одного аккумулятора).
Аккумуляторы емкостью 7 ампер часов, - обеспечивают пробег, соответственно, -меньше почти в два раза, что не устраивает большинство велосипедистов.       Аккумуляторы емкостью 9 и 10 ампер часов, обеспечивающие примерный пробег 6 - 9 км (в пересчете на каждый аккумулятор), могут подойти для велосипедиста в том случае, если для них имеют принципиальное значение несколько меньший вес и стоимость, чем у аккумуляторов емкостью 12 ампер часов - 6DZM12. Существуют и аккумуляторы емкостью 20 и 24 ампер-часов, которые ввиду большого веса, обычно применяются в электроскутерах и электромотоциклах. 
     купить тяговые аккумуляторы в УкраинеНоминальная емкость аккумуляторов всегда указывается для температуры окружающей среды +25 ° C. Отклонения от этой оптимальной рабочей температуры, как в большую, так и в меньшую сторону, уменьшают производительность батареи и сокращают срок ее эксплуатации. Следует помнить, что температура аккумулятора сильно влияет на срок его жизни. Превышение температуры, при которой аккумулятор длительно работает, на каждые 10°C относительно оптимальной, - приводит к сокращению времени его «жизни» в 2 раза!
    Следует отметить, что нижний температурный предел работоспособности у свинцово-кислотных батарей также ограничен и чем больше разряжена батарея, тем хуже ее рабочие характеристики при низких температурах.
     Аккумуляторы 6DZM12, и другие, аналогичные, - большей или меньшей емкости, продаваемые компанией Volta bikes, специально разработаны для использования в качестве тяговых для электротранспорта.  Существует два основных варианта крепления силовых проводов к этим аккумуляторам: с помощью клемм и с помощью винтовых зажимов. Оба способа обеспечивают нормальную фиксацию проводов. 
 Широкое распространение на рынке получили тяговые аккумуляторы, используемые в качестве буферных, - в устройствах бесперебойного питания. Часто они имеют меньший вес из-за более тонких электродов и в режиме заряд-разряд выдерживают меньшее количество циклов, чем 6DZM12. Это не является их дефектом, или признаком низкого качества, просто они имеют другое назначение. При покупке аккумуляторов на это необходимо обращать внимание.