transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Układy i obowody elektryczne w pojazdach > Baterie akumulatorów

Baterie akumulatorów to zespoły odpowiednio połączonych ogniw służących do magazynowania energii elektrycznej na skutek przemian elektrochemicznych. W pojazdach szynowych powszechnie stosuje się obecnie akumulatory zasadowe niklowo – kadmowe. W pojazdach spalinowych można też spotkać zastosowane baterie kwasowo-ołowiowe na wzór tych stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. 


Przykładowa bateria akumulatorów niklowo-kadmowa (zasadowa)


Przykładowa bateria akumulatorów kwasowo-ołowiowa


W nowoczesnych pojazdach trakcyjnych baterie akumulatorów ładowane są przez dedykowane zasilacze (ładowarki), zasilane z przetwornic pokładowych lub układu zasilania zewnętrznego pojazdu. Zasilacze te odpowiednio dostosowują parametry ładowania, a więc prąd i napięcie do aktualnego stanu naładowania ogniw w tym bardzo istotnego czynnika wpływającego na prawidłowe ładowanie, a mianowicie temperatury. Z tego powodu skrzynie, w których mieszczą się baterie akumulatorów wyposaża się w czujniki temperatury, przekazujące aktualną wartość temperatury do sterownika układu ładowania.

 
Przykładowe, nowoczesne zasilacze (buforowe) ladowania baterii akumulatorów

W starszych pojazdach baterie akumulatorów ładowane są z przetwornic pokładowych przez regulatory ładowania bez stosowania zaawansowanych układów pomiarowych.

 

Baterie akumulatorów muszą być zamontowane w skrzyniach z zapewnioną wentylacją. Musza być podłączone do sieci pokładowej z zastosowaniem w obwodzie bezpieczników oraz musi być zapewniona możliwość trwałego odłączenia baterii akumulatorów od obwodów elektrycznych w pojeździe. W tym celu, w bezpośrednim sąsiedztwie skrzyni z bateriami akumulatorów montuje się ręczne odłączniki z bezpiecznikami.


Skrzynia z bezpiecznikami i odłącznikiani baterii oraz pod nią skrzynia z baterią akumulatorów (opis na powiększeniu)


Odłącznik bezpiecznikowy wpięty w gnieźzie - baterie podłączone


Bezpieczniki wyjęte z gniazd odłącznika - baterie odcięte

Procedurę uruchamiania pojazdu rozpoczyna się od uruchomienia baterii akumulatorów, czyli podania zasilania na obwody sieci pokładowej. Zasadniczo powyżej omówione odłączniki z bezpiecznikami są załączone. Służbowe załączanie baterii akumulatorów realizuje się manipulatorem np. z kabiny maszynisty. Ustawiając manipulator na odpowiednią pozycję, następuje zadziałanie stycznika baterii i załączenie zasilania, czyli połączenie obwodu baterii z siecią pokładową.

 
Przykładowe wyłączniki baterii akumulatorów, które sterują stycznikiem


Wyłącznik baterii i bezpieczniki odłącznikowe (opis na powiększneiu)


Zasilenie z baterii sieci pokładowej pozwala na dalsze uruchamianie pojazdu, czyli uruchamia się układ sterowania i kontroli i inne wyposażenie pojazdu zasilane napięciem z baterii akumulatorów. W pojazdach elektrycznych z baterii akumulatorów zasilana jest też sprężarka pomocnicza odbieraków prądu, którą załącza się w przypadku, gdy nie ma ciśnienia w obwodach pneumatycznych, przez co nie jest możliwe podniesienie pantografów. Po podniesieniu pantografów następuje odbiór energii z sieci trakcyjnej, czyli zasilenie obwodu głównego. Po sprawdzeniu przez układ pomiarowy prawidłowej wartości napięcia w sieci następuje przygotowanie do możliwości uruchomienia wyłącznika szybkiego. Gdy ten zostanie załączony urządzenia wysokiego napięcia zostają zasilone wysokim napięciem. Tym samym uruchamiają się przetwornice, które przejmują zasilanie sieci pokładowej i ładują baterie akumulatorów. Wyłączenie zasilania sieciowego powoduje, że sieć pokładowa zostaje ponowienie zasilana tylko z baterii akumulatorów. W pojazdach spalinowych po uruchomieniu baterii akumulatorów możliwe jest uruchomienie silnika spalinowego. Rozrusznik silnika zasilany jest z baterii akumulatorów. Po uruchomieniu silnika, napędzana przez niego prądnica generuje energię elektryczną która wykorzystywana jest do zasilania sieci pokładowej oraz ładowania akumulatorów.  Oczywiście jeżeli pojazd w ramach sieci pokładowej ma napięcia inne niż napięcie w bateriach, to nie działają one, aż do momentu uruchomienia przetwornic lub podłączenia do pojazdu zasilania zewnętrznego.


Przykład podłączenia baterii akumulatorów
O-BAT - dołacznik baterii z bezpiecznikiem
S-BAT - stycznik baterii zasadniczego uruchamiania zasilania

W pojazdach spalinowych, rozrusznik silnika jest zasilany z baterii akumulatorów. Przy klasycznym układzie rozruchu silnika dochodzi do sytuacji, że baterie są bardzo mocno obciążane (następuje pobór bardzo dużego prądu) w celu przeprowadzenia rozruchu silnika. Szczególnie trudna sytuacja  występuję przy niskich temperaturach. Z tego powodu, w nowoczesnych pojazdach spalinowych, stosuje się specjalne układy wspomagające rozruch silnika przy znacznym zmniejszeniu obciążenia baterii. W obwód rozrusznika silnika w takim przypadku włączony jest specjalny zasobnik rozruchowy, czyli układ kondensatora o dużej pojemności. Po zainicjowaniu startu silnika najpierw następuje naładowanie zasobnika z baterii akumulatorów (co trwa kilka - kilkanaście sekund), a następnie zostaje uruchomiony rozrusznik zasilany energią z zasobnika oraz baterii przez co baterie akumulatorów są znacznie mniej obciążane chwilowym dużym poborem prądu, a w efekcie są też zabezpieczone przed zbytnim rozładowaniem. To zasobnik przejmuje obciążenie prądowe podczas uruchamiania silnika spalinowego.


Fragment przykładowego zasobnika rozruchowego

 

 

W pojazdach mogą być też stosowane inne rodzaje akumulatorów, np. wbudowane do urządzeń służące do podtrzymania ich zasilania w przypadku braku zasilania z sieci pokładowej. Przykładami mogą tu być np. radiotelefony, których wewnętrzne zasilanie umożliwia przez określony czas prowadzenie rozmów nawet przy całkowitym braku zasilania pokładowego.  Można spotkać również dodatkowe akumulatory do potrzymania działania układu monitoringu tak aby działał on nawet gdy pojazd jest wyłączony. W efekcie nie dochodzi do rozładowywania się zasadniczych baterii pokładowych.

 

Innym rodzajem baterii akumulatorów są akumulatory przeznaczone do zasilania napędu. Można je spotkać na przykład w pojazdach hybrydowych. W takie układy mogą być też przykładowo wyposażone lokomotywy spalinowe, po to by w miejscach, w których nie jest wskazana jazda z wykorzystaniem silników spalinowych, realizować ją z akumulatorów. Poniżej przykład lokomotywy manewrowej wyposażonej w zasobnik akumulatorów trakcyjnych. Dzięki nim podczas manewrów po obszarze hal utrzymaniowych taboru jazda odbywa się bez emisji spalin.  


Lokomotywa typu 18D ze wskazany miejscem lokalizacji zasobnika trakcyjnego do jazdy akumulatorowej



Zestaw baterii akumulatorów zasobnika trakcyjnego