Укра]на, Дніпро, а/я 2011
cde@kometa.com.ua
Критерии выбора зарядных устройств для тяговых аккумуляторных батарей PzS (классические АКБ с жидким электролитом) и PzV (с гелевым электролитом).
На сегодня ассортимент тяговых АКБ чрезвычайно широк.
Организация, эксплуатирующая напольный электротранспорт, как правило, предъявляет к АКБ такие требования:
оптимальное время заряда АКБ;
максимально возможный срок эксплуатации АКБ;
минимизация затрат на электроэнергию при зарядке и обслуживании АКБ.
Режимы эксплуатации АКБ можно разделить на такие типы:
одно-, двух- или трёхсменная работа напольного транспорта;
лёгкий режим работы: глубина разряда до 60% C(5), температура электролита до 30°C;
интенсивный режим работы: глубина разряда 80% C(5) и более, температура электролита свыше 30°C, большие импульсные разрядные токи;
возможность подзарядки во время работы.
В связи с вышеизложенным правильный подбор зарядной станции под конкретный тип АКБ чрезвычайно важен.
По принципу работы зарядные станции можно разделить на три типа:
Низкочастотные (50–60 Гц) трансформаторные с неуправляемым выпрямителем.
Возможна реализация только профилей типа W, WoWa.
Низкочастотные (50–60 Гц) трансформаторные с управляемым выпрямителем.
Высокочастотные полностью управляемые инверторные.
Возможна реализация всех существующих профилей заряда.
На территории стран постсоветского пространства из-за дешевизны наибольшее распространение получили зарядные станции первого типа.
В стандарте DIN 41772 приведены основные режимы (профили) заряда.
W — характеристика (спадающая):
W, Wa, WoWa, WU, WUWa.
Это семейство характеристик формируют трансформаторные зарядные станции первого типа.
U — характеристика:
U.
I — характеристика:
I, Ia, IoIa, IU, IUW, IUIa.
Это семейство характеристик могут формировать зарядные станции второго и третьего типа (инверторные).
Обозначения:
W — спадающая характеристика зарядного тока
U — стабилизированное напряжение
I — стабилизированный ток
o (ноль) — автоматическое переключение
a — автоматическое отключение
Зарядные устройства, реализующие указанные характеристики (профили) заряда, должны обеспечивать допуски по выходным параметрам согласно:
DIN 41773 — по току ±2%
DIN 41773 — по напряжению ±1%
DIN 41774 — для W-характеристики: ±0,05 Vpc
При зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов трансформаторными нерегулируемыми (первого типа) зарядными станциями обеспечить требования DIN 41773 и DIN 41774 сложно, поскольку зарядный ток зависит от изменения напряжения питающей сети нелинейно (рис. 1).
«Зарядные устройства, не оборудованные средствами стабилизации выходных параметров, имеют выходной ток, зависящий от колебаний напряжения питания. Увеличение входного (питающего) напряжения ЗС на 5% приводит к неконтролируемому росту зарядного тока: при напряжении 2,0 В/элемент — на 15%, при 2,4 В/элемент — на 30%, а при 2,65 В/элемент — примерно на 50%.
Поэтому, особенно после превышения напряжения газообразования (2,4 В/элемент), увеличение питающего напряжения на 5% и продолжение заряда более чем на 5 минут приводит к деградации АКБ…»
Проблема во многих случаях становится практически нерешаемой при эксплуатации станций в условиях современного состояния энергосистем предприятий постсоветского пространства.
Ниже приведены изображения некоторых профилей во взаимосвязи параметров напряжение–ток–время.
Пример расчёта критических значений тока, формируемых зарядной станцией для АКБ ёмкостью 520 А·ч при разных профилях заряда.
Начало заряда: от 12 A/100Ah × 5,2 = 62,4 А до 16 A/100Ah × 5,2 = 83 А
Завершение заряда: от 3 A/100Ah × 5,2 = 15,6 А до 4 A/100Ah × 5,2 = 20,8 А
Начало заряда: от 20 A/100Ah × 5,2 = 104 А до 30 A/100Ah × 5,2 = 156 А
Точка перелома (2,4 В): 8 A/100Ah × 5,2 = 41,6 А
Завершение заряда: 4 A/100Ah × 5,2 = 20,8 А
Начало заряда: от 14 A/100Ah × 5,2 = 72 А до 20 A/100Ah × 5,2 = 104 А
Завершение заряда: 5 A/100Ah × 5,2 = 26 А
Начало заряда: от 12 A/100Ah × 5,2 = 62,4 А до 14 A/100Ah × 5,2 = 72,8 А
Завершение заряда: от 1 A/100Ah × 5,2 = 5,2 А до 1,4 A/100Ah × 5,2 = 7,28 А
Характеристики типа W (W, Wa, WoWa, WU, WUWa) не являются оптимальными для заряда батареи и фактически отражают нагрузочную характеристику трансформатора. Участок от 2,4 В до 2,65 В является наиболее опасным и требует повышенного внимания к температуре электролита, особенно при нестабильном напряжении питания.
Наиболее оптимальным является профиль IUIa.
При формировании характеристики IUIa на начальном участке заряда устанавливается ток несколько ниже, чем в профиле WoWa, что позволяет меньше нагружать АКБ. Далее заряд осуществляется стабильным током, независимо от колебаний сети, до напряжения 2,4 В.
После достижения 2,4 В зарядная станция переходит в режим стабилизации напряжения 2,4 В. При достижении зарядного тока 5 A/100Ah станция снова переходит в режим стабилизации тока, и при достижении напряжения 2,65 В заряд прекращается.
Как видно, на критическом участке от 2,4 В до 2,65 В заряд осуществляется стабильным, относительно небольшим током, который не зависит от колебаний сети. Это в отдельных случаях позволяет не проводить контроль температуры электролита.
При прочих равных условиях (ёмкость батареи, начальный ток заряда) реализация профиля IUIa позволяет зарядить АКБ за минимальный промежуток времени и наиболее безопасным способом.
При зарядке батарей PzV (с гелевым электролитом) выбора фактически нет — заряд должен осуществляться только станцией, стабилизирующей все выходные параметры.
Также необходимо учитывать разницу в затратах на электроэнергию. КПД трансформаторных станций составляет до 0,7, тогда как инверторных — до 0,95. Экономия 25% электроэнергии является существенной.
