Лекция 2 - Конспекты (1095368), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В автомобилях батарея выполняет три функции: электропитаниестартера для запуска двигателя, электропитание системы зажигания при запуске, когда еще не работает генератор, и электропитание вспомогательных устройств при неработающем двигателе. Аккумуляторные батареи на самолётах,кроме того, должны обеспечивать аварийный режим, то есть работу всей жизненно важной бортовой РЭА при выходе из строя генератора.51Электропитание РЭАГлава 2Стартерные батареи работают в буферном режиме. При запуске двигателей они разряжаются большими токами. Работы в стартерном режиме кратковременны (не более 20 секунд на автомобилях и 60 секунд на самолетах).
Поэтому в нормальных условиях стартерные батареи подвергаются неглубокимразрядам. При одиночном запуске расходуется от 3 до 10% ёмкости, после чегосразу начинается подзаряд. Одновременно батареи должны иметь достаточныйэнергозапас (для освещения, работы в аварийном режиме и т. д.).В качестве стартерных батарей используют в основном батареи из свинцовых и значительно реже из никель-кадмиевых и серебряно-цинковых аккумуляторов (последние, как правило, только в авиации).Автомобильные стартерные батареи имеют номинальное рабочее напряжение 12 В и ёмкость от 40 до 200 А·ч.
Авиационные батареи рассчитаны наноминальное напряжение 24 В.В транспортной энергетике значительное место занимают ХИТ, предназначенные только для обеспечения вспомогательных нужд, но не рассчитанныена запуск (рисунок 2.23). Сюда относятся железнодорожные, судовые и другиеаналогичные батареи, применяемые для освещения, а также для электропитания кондиционеров, местных радиостанций, средств сигнализации и на остановках, когда не работают генераторы. Такие батареи составляют из свинцовыхи никель-железных аккумуляторов. Вспомогательные батареи эксплуатируют вжёстких условиях: в широком диапазоне температур (практически от -50 до50°С), при повышенной влажности, повышенной загрязненности (вагонные батареи), при значительных механических нагрузках.
Ёмкость железнодорожныхбатарей составляет 70-500 А·ч.Электрические транспортные средства (тяговые батареи). В ряде случаев транспортные средства не могут иметь двигатель внутреннего сгорания. Вэтих случаях используют тяговые электродвигатели и специальные тяговые батареи. Тяговые батареи работают в режиме переключения и рассчитаны, как52Электропитание РЭАГлава 2правило, на глубокий разряд в широком интервале нагрузок. К ним предъявляют требования большого срока службы и большого ресурса. Обычно они подлежат ремонту. В качестве тяговых источников используют бо́ льшей частьюсвинцовые и никель-железные аккумуляторы.
Они имеют ёмкость от 40 до 1200А·ч, а для подводных лодок – до 5000 А·ч. Такие батареи, как правило, имеютспособность к форсированному заряду.Рисунок 2.23 – Аккумуляторы в составе железнодорожного локомотиваЭлектромобили. За последние 40 лет число автомобилей в мире вырослона порядок и превысило 700 млн. шт. Автомобили представляют серьёзную угрозу для человека и окружающей среды с точки зрения экологии.
В последниедесятилетия все вновь производимые автомобили снабжают нейтрализаторамивыхлопных газов, но они не решают проблему принципиально.Одним из радикальных путей решения экологической проблемы транспорта является применение электромобилей. Сейчас все крупные мировые автоконцерны ("Toyota", "Ford", "Hyundai", "Honda", "GM" и другие) разрабатывают или уже производят электромобили, которые принято подразделять на тригруппы.53Электропитание РЭАГлава 21. Электромобили с энергоустановкой на основе топливных элементов.Они существуют, но пока очень дороги. Коммерциализация рассматриваетсялишь в далёкой перспективе.2. Электромобили с тяговым аккумулятором.
Производятся сейчас в небольших масштабах. Электромобиль с литий-ионным аккумулятором способенпроехать без дозаряда более сотни километров. При средней скорости движения 60 км/ч заряд аккумулятора достаточен на 190 км, при движении со скоростью 90 км/ч – на 140 км.3. Гибридные электромобили. Представляют собой гибрид электромобиля и традиционного автомобиля.
Гибридные системы считаются сейчас болееперспективными, чем "чистые" электромобили, перечисленные в предыдущихпунктах. В гибридных системах к дизельному двигателю добавлен электродвигатель с генератором, тяговым аккумулятором. В зависимости от нагрузки искорости движения происходит автоматическое переключение между энергоустановками. В периоды работы дизеля происходит подзаряд тягового аккумулятора.
Гибридные установки легче и дешевле, они уже давно коммерциализованы. В октябре 2007 г. было реализовано 13158 автомобилей Toyota Prius с гибридным двигателем – на 51 % больше, чем за соответствующий период прошлого 2006 г. Общее количество гибридных автомобилей Toyota Prius превысило 1000000 в мае 2007 г.Ниже приведены требования стандарта USABC-2002 (United StatesAdvanced Battery Consortium) к тяговому аккумулятору для электромобиля:- удельная энергия при С/3 – 200 Вт·ч/кг и 300 Вт·ч/л;- удельная мощность – 400 Вт/кг и 600 Вт/л (при 80% глубине разряда);- срок службы – 10 лет;- ресурс – 1000 циклов (при 80% глубине разряда);- цена энергии – <100 долларов США за 1 кВт·ч;- температурный диапазон – от -40 до 85°С;54Электропитание РЭАГлава 2- продолжительность заряда – 3-6 ч;- способность разряжаться на 75% за 1 ч;- потеря мощности и ёмкости – 20%;- КПД – не менее 80%;- саморазряд – <15%/мес;- необслуживаемость.Нетрудно убедиться, что целиком этим требованиям не удовлетворяет ниодна из рассмотренных нами перезаряжаемых электрохимических систем.
Ближе всего по ряду параметров никель-металлогидридные и литиевые аккумуляторы, которые и используют в гибридных электромобилях (рисунок 2.24).Рисунок 2.24 – Аккумулятор электромобиля Tesla55Электропитание РЭАГлава 2Ещё ближе к этим требованиям первичные воздушно-цинковые механически перезаряжаемые ХИТ (но они тоже не удовлетворяют пока полностью).То есть они не являются аккумуляторами в обычном понимании, а являютсяпервичными элементами с возможностью механической (по типу картриджа)замены анода. Израильская фирма "Electric Fuel Limited" создаёт в Европе сетьстанций для механической перезарядки таких электромобилей, а также сеть заводов по регенерации цинка и электролита.
Все это требует огромных капиталовложений.Стационарные установки (стационарные батареи). Стационарные батареи эксплуатируют в более мягких условиях, чем транспортные. Они всегданаходятся в нормальном положении, поэтому можно не заботиться об их тщательной герметизации. Отсутствие вибраций и других механических нагрузоксущественно упрощает требования к конструкции батарей, аккумуляторов иэлектродов. Зачастую стационарная РЭА размещается в помещениях и работаетв оптимальном температурном режиме. Однако в ряде областей применения,например, на автоматических удаленных метеостанциях, стационарные установки работают в жёстких климатических условиях при температурах от -50 до50°С.
Стационарные батареи часто имеют большую ёмкость (сотни и тысячиампер-часов). Массогабаритные показатели обычно не имеют решающего значения.Стационарные батареи, предназначенные для длительных разрядов небольшими токами, часто состоят из первичных элементов, например, щелочных. Такие батареи используют на железнодорожном транспорте для электропитания сигнализации, стрелочного хозяйства и т. д.
Длительная работа без обслуживания характерна для автономных и удалённых метеостанций и т. д. Наряде телефонных станций аккумуляторные батареи используют в качестве источников постоянного тока. Свинцовые стационарные аккумуляторы большойёмкости, работающие в буферном режиме, используют на электростанциях для56Электропитание РЭАГлава 2электропитания вспомогательного оборудования. Широко используют аварийные аккумуляторные установки, обеспечивающие освещение и работу важныхагрегатов и устройств при перебоях в работе электросети. Такие источники находятся в постоянной готовности и рассчитаны на работу в течение несколькихчасов.
Аварийные установки монтируются в больницах (для бесперебойной работы операционных и реанимационных отделений), в защитных сооруженияхгражданской обороны, на важных промышленных объектах и в вычислительных центрах.Аварийные источники тока в обычных условиях редко разряжаются: длякомпенсации саморазряда их постоянно или периодически подзаряжают.Портативная РЭА. Представляет собой наиболее широкую область применения ХИТ как по количеству отдельных источников тока, так и по их номенклатуре. Как правило, используют элементы и батареи малой и средней ёмкости – от 0,01 до 300 А·ч.Номенклатура РЭА, работающей от ХИТ, включает в себя различные радиотехнические устройства (радиоприёмники, мобильные средства связи, навигационное оборудование) как бытового, так и военного назначения, переносныефонари, кино- и фотоаппаратуру, миниатюрные устройства (электронные часы,слуховые аппараты, калькуляторы), игрушки, бытовую технику, разнообразныеизмерительные приборы, медицинские устройства (электрокардиостимуляторыи т.
д.).Широкая номенклатура РЭА определяет и большое разнообразие условийеё эксплуатации. Так, например, батареи для карманных фонарей работают вшироком интервале температур. А батареи электрокардиостимуляторов – впрактически изотермических условиях.ХИТ, применяемые в военной технике и медицине, должны иметь оченьвысокую надёжность, которая не требуется, например, для батарей в электрофицированных игрушках.57Электропитание РЭАГлава 2Во многих случаях важной характеристикой ХИТ является стоимость иради её уменьшения идут на некоторые ухудшения электрических характеристик. В других случаях наиболее существенной оказывается какая-нибудь однахарактеристика, например, стабильность рабочего напряжения, удельная энергия, диапазон рабочих температур или срок годности.В большинстве случаев ХИТ портативной РЭА должны иметь невыливающийся электролит и допускать транспортировку и эксплуатацию в любомположении.Наибольшее распространение в этой области получили щелочные элементы и батареи, а также литий-ионные аккумуляторы.Мобильные телефоны.
Единицы современных пользователей помнятникель-кадмиевые аккумуляторы, которые устанавливались в мобильные телефоны, когда те не то что в карман, но даже в сумку не всегда помещались.Главным преимуществом таких батарей была устойчивость к температурным перепадам. Они легко переживали повреждения и имели долгий срокслужбы (до 1000 циклов). Однако для поддержания эксплуатационных свойстваккумулятор необходимо было периодически полностью разряжать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
