Аккумуляторные батареи

Общие сведения о батареях. На современном электрифицированном подвижном составе цепи управления, освещения, сигнализации, рельсовых тормозов и других потребителей малой мощности питаются от источника тока, состоящего из аккумуляторной батареи, работающей параллельно с зарядным устройством. Подзаряжается аккумуляторная батарея обычно от генератора собственных нужд, а на трамвайном вагоне РВЗ-6М-2 - от контактной сети через вспомогательные цепи.

Возможно применение как кислотных аккумуляторных батарей, так и щелочных. Кислотные аккумуляторы имеют более высокое напряжение элемента, поэтому при заданном напряжении батареи требуется меньшее число аккумуляторов и меньшая относительная разность напряжения при заряде и разряде. Благодаря этому уменьшаются пределы колебаний напряжений в цепи потребителей при работе аккумуляторной батареи параллельно с зарядным генератором по системе постоянного подзаряда. У кислотных аккумуляторов несколько выше коэффициент отдачи и к. п. д.

Преимуществом щелочных аккумуляторов является большая надежность и механическая прочность, больший срок службы,

Рис. 127. Кривые разряда 1-часовым током (/, 2); 3-часовым (3, 4); 5-часовым (5, 6); 8-часовым (7, 8); заряда нормальным током (9, 10) щелочных аккумуляторов (штриховые линии для кадмиево-никелевых и сплошные для железо-никелевых аккумуляторов)

нечувствительность к перезарядам, перегрузкам и даже коротким замыканиям, более простое обслуживание, меньшее снижение емкости при низких температурах (ниже 0° С) и больших нагрузках, меньший саморазряд, отсутствие вредных выделений при работе аккумулятора. Поэтому на подвижном составе трамвая и троллейбуса преимущественно применяются щелочные аккумуляторные батареи.

В зависимости от состава активной массы электродов щелочные аккумуляторы бывают железо-никелевые, никель-кадмиевые, цинко-никелевые и другие. Зарядные и разрядные характеристики железо-никелевых и никель-кадмиевых аккумуляторов приведены на рис. 127. Скачок напряжения в самом начале заряда этих аккумуляторов (кривые 9 и 10) объясняется поляризацией железного электрода. Заряд производится нормальным зарядным током в течение 7 ч, при этом к аккумулятору подводится количество электричества, равное 175% его номинальной емкости. При зарядном токе, меньшем номинального, кривая напряжения заряда проходит несколько ниже, а при большем зарядном токе--несколько выше кривых 9 и 10. После заряда э. д. с. аккумулятора вначале составляет около 1,5 В и затем устанавливается 1,34-1,36 В.

При разряде напряжение на аккумуляторе зависит от разрядного тока. Глубокий разряд аккумуляторной батареи требует последующего усиленного' заряда во избежание потери емкости. Емкость аккумуляторной батареи должна быть достаточной для получения необходимой мощности питания всех низковольтных потребителей, включаемых на короткое время (электродвигателей привода дверей, рельсовых тормозов и др.).

Конструкция щелочных аккумуляторных батарей. На современном электрифицированном подвижном составе трамвая и троллейбуса применяют следующие типы аккумуляторных батарей.

На троллейбусе ЗиУ-9 устанавливают две аккумуляторные батареи 9НКЛБ-70, включенные последовательно и имеющие общее напряжение 24 В и емкость 70 А-ч; на троллейбусе 9Тр - аккумуляторная батарея 18ЫКТ-Ю5 напряжением 24 В и емкостью 105 А-ч. На трамвайном вагоне РВЗ-6М-2 применяют аккумуляторные батареи с аккумуляторами НК-125 напряжением 48-50 В и емкостью 125 А-ч. Для обслуживания потребителей на вагоне КТМ-5М-3 устанавливают 8 аккумуляторных батарей 5КН-125ТК, включенных в две параллельные группы, в каждой по 4 последовательно соединенных батареи с общим номинальным напряжением 24 В и емкостью 250 А-ч. На вагоне Т-3 батарея имеет 17 аккумуляторов чехословацкого производства ИКБ-ЮО или ЖН-100 отечественного производства. Общее напряжение аккумуляторной батареи 24 В и емкостью 100 А-ч.

В качестве примера рассмотрим конструкцию щелочной аккумуляторной батареи 9НКЛБ-70. Условное обозначение батареи расшифровывается следующим образом: 9 - число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее; НК - система аккумуляторов (никель-кадмиевая); Л - конструкция электродов (ламельная); Б - назначение батареи (для работы в буферном режиме); 70 - номинальная емкость при 7-часовом разряде в А-ч.

Рис. 128. Общий вид (а), положительная (б) и отрицательная пластины (в) щелочного аккумулятора

Щелочной аккумулятор (рис. 128, а) состоит из корпуса 2 прямоугольной формы, блока положительных и отрицательных пластин 1 и электролита. Корпус аккумулятора может быть выполнен из листовой стали сварной конструкции или полиэтиленовым. Блок пластин .состоит из пластин положительной или отрицательной полярности, приваренных к стальному мостику, имеющему выводной бори 3. Пластина аккумулятора (рис. 128, б, в) выполнена из отдельных ламелей (пакетов) 6, штампованных из листовой перфорированной и никелированной стали, с запрессованной в них активной массой 7 и 8 и рамки 5, соединяющей ламели в пластину /. В качестве активной массы положительных пластин 7 служит смесь гидрата окиси никеля с чешуйчатым графитом №(ОН)₃. Активная масса отрицательных пластин 8 выполняется из смеси губчатых кадмия и железа. Положительных пластин в аккумуляторе на одну меньше, чем отрицательных. Для предотвращения короткого замыкания положительные и отрицательные пластины разделены сепарацией из эбонитовых стержней или стекловолокна. Блок пластин аккумулятора НКДБ-70 плотно вставляют в стальную обойму с изоляционными прокладками по торцам, что исключает всякое их перемещение, вместе с обоймой помещают в полиэтиленовый сосуд (корпус) и закрывают крышкой. Борны положительных и отрицательных пластин выводят через отверстия крышек, уплотняют резиновыми и эбонитовыми кольцами и закрепляют гайками. Среднее отверстие в крышке (горловина) служит для заливки электролита в аккумулятор, оно закрывается пробкой 4, имеющей канал для выхода газов из аккумулятора. На крышке нанесены знаки полярности « + » и «-».

Аккумуляторы ЫКБ-ЮО и ЖН-100 имеют стальной корпус. Для увеличения механической прочности стенки корпуса выполнены гофрированными. Наружная поверхность корпуса окрашивается битумным лаком для защиты от коррозии.

У железо-никелевых аккумуляторов в отличие от никель-кад-миевых активная масса отрицательных пластин выполняется из химически чистого губчатого железа.

Электролитом для щелочных аккумуляторов служит водный раствор едкого калия технического марки А или В с добавкой едкого лития аккумуляторного (моногидрата гидроокиси лития). Плотность электролита в летний период эксплуатации аккумулятора должна быть 1,19-1,21 г/см³, в зимний период при температуре ниже -15° С 1,26-1,28 г/см³ без добавки едкого лития аккумуляторного. При использовании электролита без добавки моногидрата лития срок службы аккумулятора сокращается и емкость аккумулятора снижается примерно на 20 %.

Промышленность выпускает готовые составные щелочи для приготовления электролита. Их поставляют в сухом виде в герметически закрытых сосудах, а также в виде концентрированных растворов.

Электролит для щелочных аккумуляторов приготовляют в чистых стальных или пластмассовых баках. Для приготовления электролита пригодна вода дисциллированная, дождевая или питьевая, причем при использовании питьевой воды ее следует предварительно подщелочить. Для этого в нее добавляют щелочь из расчета 2-5 г на литр воды, после чего вода должна отстояться в течение суток. Баки должны иметь плотно закрывающиеся крышки. Особенно удобны баки с двумя кранами: для слива осветленной щелочи и скопившегося внизу осадка. Запрещается пользоваться оцинкованной, луженой, алюминиевой, медной, керамической посудой, а также посудой, в которой приготовлялся электролит для кислотных аккумуляторов.

Для получения электролита плотностью 1,19-1,21 г/см³ следует брать 1 кг едкого калия на 3,5 л воды и затем, тщательно перме-шивая, добавлять в раствор едкий литий из расчета 20 г на 1 л электролита; для получения электролита плотностью 1,26- 1,28 г/см³-1,2 кг едкого калия на 3 л воды. Плотность электролита проверяют ареометром. Отстоявшийся и остывший до температуры не более 25⁶ С электролит заливают в аккумуляторы и выдерживают их в течение 1-2 ч для пропитки электродов.

Уровень 'электролита в аккумуляторе должен быть выше электродов на 5-25 мм. Замеряют его стеклянной трубкой с внутренним диаметром 3-5 мм по меткам на высоте до 25-30 мм.

Аккумуляторную батарею подключают к зарядному агрегату, соблюдая полярность, положительный полюс источника подключают к положительному полюсу аккумуляторной батареи. Число последовательно соединенных батарей определяется напряжением источника тока из расчета 1,75-1,8 В на каждый последовательно соединенный аккумулятор. Во время зарядки пробки аккумуляторов открывают (вентильные пробки можно не открывать).

Обслуживание аккумуляторной батареи при эксплуатации. Необходимо следить за тем, чтобы поверхность аккумулятора была чистой и сухой. Для очистки наружных частей аккумулятора от пыли и ползучих солей применяют чистую, слегка влажную ветошь, навернутую на деревянную палочку. Периодически прочищают отверстия в пробках от ползучих солей, чтобы газы могли свободно выходить из аккумулятора. Межэлементные и выводные соединения (перемычки) в батарее должны быть затянуты, борны смазаны техническим вазелином для защиты от коррозии. Смазка не должна попадать на резиновые уплотнения у борнов, так как резина может потерять свои упругие свойства. Ржавчину, появившуюся на стальном корпусе аккумулятора, удаляют ветошью, смоченной в керосине, и очищенное место покрывают битумным лаком. Аккумуляторы со стальным корпусом устанавливают в гнездах ящика с зазором не менее 3 мм, в противном случае необходимо аккумуляторы изолировать друг от друга эбонитом, винипластом или резиной. Сточные канавки ящиков, в которых размещают аккумуляторы, необходимо периодически прочищать. Не рекомендуется разряжать аккумулятор ниже допустимого предела разрядки во избежание потери емкости. Допускается разряд аккумулятора до 1 В. Систематический недозаряд щелочных аккумуляторов снижает их емкость. Единичные перезаряды для щелочных аккумуляторов не представляют опасности, но постоянный перезаряд уменьшает срок их службы.