4.6. Области применения хит

Транспортные средства (стартерные и вспомогательные батареи).

Во всех транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания используются аккумуляторные батареи для запуска двигателей и для питания бортовых устройств. В автомобилях с карбюраторным двигателем батарея выполняет три функции: питание стартера для запуска двигателя, питание системы зажигания при запуске, когда еще не работает генератор, и пита­ние вспомогательных устройств при неработающем двигателе. Аккумуля­торные батареи на самолетах, кроме того, должны обеспечивать аварий­ный режим, то есть работу всей жизненно важной бортовой аппаратуры при выходе из строя генератора.

Стартерные батареи работают в буферном режиме. При запуске двигателей они разряжаются большими токами. Работы в стартерном режиме кратковременны (не более 20 сек на автомобилях и 60 сек на самолетах). Поэтому в нормальных условиях стартерные батареи подвергаются неглу­боким разрядам. При одиночном запуске расходуется от 3 до 10% емкости, после чего сразу начинается подзаряд. Одновременно батареи должны иметь достаточный энергозапас (для освещения, работы в аварийном ре­жиме и т.п.).

В качестве стартерных батарей используют, в основном батареи из свинцовых и значительно реже из никель-кадмиевых и серебряно­цинковых аккумуляторов (последние, как правило, только в авиации).

Автомобильные стартерные батареи имеют номинальное рабочее напряжение 12 В и емкость от 40 до 200 А ч. Авиационные батареи рассчи­таны на номинальное напряжение 24 В.

В транспортной энергетике значительное место занимают ХИТ, предназначенные только для обеспечения вспомогательных нужд, но не рас­считанные на запуск. Суда относятся железнодорожные, судовые и другие аналогичные батареи, применяемые для освещения, а также для питания кондиционеров, местных радиостанций, средств сигнализации и на ос­тановках, когда не работают генераторы.

Такие батареи составляются из свинцовых и никель-железных аккумуляторов. Вспомогательные батареи эксплуатируются в жестких условиях: в широком диапазоне температур (практически от -50 до +50°С), при повышенной влажности, повышенной загрязненности (вагонные батареи), при значительных механических нагрузках. Емкость железнодорожных ба­тарей составляет 70... 500 А-ч.

Электрические транспортные средства (тяговые батареи). В ряде случаев транспортные средства не могут иметь двигатель внутреннего сгорания. В этих случаях используют тяговые электродвигатели и специаль­ные тяговые батареи. Тяговые батареи работают в режиме переключения и рассчитаны, как правило, на глубокий разряд в широком интервале нагру­зок. К ним предъявляются требования большого срока службы и большого ресурса. Обычно они подлежат ремонту.

В качестве тяговых источников используются большей частью свинцовые и никель-железные аккумуляторы. Они имеют емкость от 40 до 1200 А-ч, а для подводных лодок - несколько тысяч ампер-часов.

Тяговые батареи находят применение также в электромобилях. Такие батареи, как правило, имеют способность к форсированному заряду. В настоящее время разрабатываются и уже находятся в эксплуатации автомо­били повышенной экономичности, сочетающие в себе двигатель внутрен­него сгорания и электродвигатель с тяговой батареей.

Стационарные установки (стационарные батареи). Стационарные батареи эксплуатируются в более мягких условиях, чем транспортные. Они всегда находятся в нормальном положении, поэтому можно не заботиться об их тщательной герметизации. Отсутствие вибраций и других ме­ханических нагрузок существенно упрощает требования к конструкции ба­тарей, аккумуляторов и электродов. Зачастую стационарная аппаратура размещается в помещениях и работает в оптимальном температурном режиме. Однако в ряде областей применения, например, на автоматических удаленных метеостанциях, стационарные установки работают в жестких климатических условиях при температурах от -50 до +50°С. Стационарные батареи часто имеют большую емкость сотни и тысячи ампер-часов. Мас­согабаритные показатели обычно не имеют решающего значения, т.е. к ис­точникам тока не предъявляются требования высоких удельных харак­теристик.

Стационарные батареи, предназначенные для длительных разрядов небольшими токами, часто состоят из первичных элементов, например, щелочных. Такие батареи используются на железнодорожном транспорте для питания сигнализации, стрелочного хозяйства и т.д. Длительная работа без обслуживания характерна для автономных и удаленных метеостанций, релейных станций и т.п. На ряде телефонных станций аккумуляторные ба­тареи используются в качестве источников постоянного тока. Свинцовые стационарные аккумуляторы большой емкости, работающие в буферном режиме, используются на электростанциях для питания вспомогательного оборудования. Широко используются аварийные аккумуляторные уста­новки, обеспечивающие освещение и работу важных агрегатов и устройств при перебоях в работе электросети. Такие источники находятся в постоян­ной готовности и рассчитаны на работу в течение нескольких часов. Ава­рийные установки монтируются в больницах (для бесперебойной работы операционных и реанимационных отделений), в защитных сооружениях гражданской обороны, на важных промышленных объектах в вычисли­тельных центрах. Аварийные источники тока в обычных условиях редко разряжаются: для компенсации саморазряда они постоянно или периоди­чески подзаряжаются.

Переносные и бытовые приборы. Представляют собой наиболее ши­рокую область применения ХИТ как по количеству отдельных источников тока, так и по их номенклатуре. В переносных и бытовых приборах ис­пользуют элементы и батареи малой и средней емкости - от 0,01 до 100 А-ч.

Номенклатура приборов, работающих от ХИТ, включает в себя различные радиотехнические и телевизионные устройства (транзисторные ра­диоприемники, магнитофоны, телевизоры, мобильные средства связи) как бытового, так и военного назначения, переносные фонари, кино- и фото­аппаратуру, миниатюрные устройства (электронные часы, слуховые аппа­раты, калькуляторы), игрушки, бытовую технику, разнообразные приборы (тестеры, приборы дозиметрического контроля и т.п.), различные меди­цинские устройства (переносные приборы для физиотерапевтических про­цедур, электрокардиостимуляторы и др.).

Богатый ассортимент приборов, питающихся от ХИТ, определяет и большое разнообразие условий их эксплуатации. Так, например, батареи для карманных фонарей работают в широком интервале температур. А батареи электрокардиостимуляторов - в практически изотермических усло­виях. ХИТ, применяемые в военной технике и медицине, должны иметь очень высокую надежность, которая не требуется, например, для батарей в электрофицированных игрушках. Во многих случаях важной характери­стикой ХИТ является стоимость и ради ее уменьшения идут на некоторые ухудшения электрических характеристик. В других случаях наиболее су­щественной оказывается какая-нибудь одна характеристика, например, стабильность рабочего напряжения, удельная энергия, диапазон рабочих температур или срок годности.

В большинстве случаев ХИТ в переносных и бытовых приборах должны иметь невыливающийся электролит и допускать транспортировку и эксплуатацию в любом положении.

Наибольшее распространение в этой области получили сухие угольноцинковые и щелочные первичные элементы и батареи, а также никель­кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы.

Специальные области применения ХИТ. Это военная и космическая техника, а также некоторое научное оборудование. Примерами специальных объектов, использующих ХИТ, могут служить искусственные спутники Земли и космические корабли, ракеты, батискафы и другие под­водные аппараты, электроторпеды, метеорологические шары-зонды и др.

Среди ХИТ для таких объектов можно выделить две группы: источ­ники, рассчитанные на кратковременную большую нагрузку, и источники, предназначенные для длительного разряда небольшими токами.

На космических объектах широко применяются энергосистемы, состоящие из полупроводниковых солнечных батарей и аккумуляторных ба­тарей, работающих в буферном режиме. Аккумуляторные батареи на искусственных спутниках Земли обеспечивают энергоснабжение аппаратуры во время пребывания спутника в тени Земли, а также при больших нагруз­ках, превышающих возможности солнечных батарей. В остальное время аккумуляторы заряжаются от солнечных батарей. Типичный режим работы таких аккумуляторных батарей: 20 - 40 минут разряд, 50 - 70 минут заряд, то есть около 16 зарядно-разрядных циклов (как правило неполных) за земные сутки.

К таким ХИТ, как и к остальному оборудованию специальной техники, предъявляют повышенные требования по удельным характеристикам и по надежности. Они должны иметь большое время хранения. Часто при их хранении в изделии они должны постоянно находится в готовности к разряду. Поэтому многие задачи специальной техники решаются с по­мощью резервных ХИТ. Объекты специального применения эксплуатиру­ются, как привило, в широком диапазоне климатических условий: от арк­тических до тропических - а также при повышенных механических нагруз­ках. В тоже время экономический фактор при выборе подобных источни­ков обычно не является определяющим.