[12-2025] Энергоблоки систем накопителей энергии подвижного состава

[Admin]

Энергоблоки систем накопителей энергии подвижного состава

А.Е. КАРПОВ, заведующий лабораторией «Системы управления транспортными средствами» кафедры «Тяговый подвижной состав» РОАТ,
С.П. КАЛУГИН, канд. техн, наук, доцент АО «

ВНИИЖТ

»,
Е.А. РЫСТИНА, сервисный инженер ООО «Рейлкомп»

Для обеспечения работы систем безопасности, успешного функционирования комплексов жизнеобеспечения и другого оборудования при отсутствии напряжения в контактной сети на электроподвижной состав устанавливают специализированное оборудование, представляющее собой специальные энергомодули. Современные требования таковы, что вышеуказанная электрическая нагрузка подвижного состава должна успешно функционировать при температуре окружающего воздуха до -20 °C на протяжении времени не менее 1,5 ч.
Большинство современных электропоездов, производимых в настоящее время, могут комплектоваться одним из трех видов унифицированных для различных моделей электро-подвижного состава модулей разных производителей:

• энергоблок 9-6СВГП-190РК;
• система батарей 86SMRX190FRpp;
• батарея 86KPH200R

Основные технические характеристики модулей представлены в таблице.

Все элементы энергоблока размещаются во взрывобезопасном контейнере, располагаемом в подвагонном пространстве, при этом обеспечивается защита от атмосферного воздействия. Пример расположения оборудования на вагоне приведен на рис. 1.
Конструктивно контейнер состоит из двух специализированных ящиков, закрепленных на общей раме. Рама выполнена из стальных профилей коробчатого сечения. С каждой стороны рамы имеются по три кронштейна крепления контейнера в подвагонном пространстве, средний кронштейн -страховочный. На каркас контейнера крепятся стальные листы, образующие ящики - левый и правый. При этом стороны определяются по направлению движения в сторону первой кабины электроподвижного состава.
С фронтальной стороны ящики закрыты откидными крышками, позволяющими проводить осмотр контрольных рисок на резьбовых соединениях и снятия информации с устройства регистрации. Каждая крышка закрыта на два замка под четырехгранный ключ. Для предотвращения самопроизвольного открытия крышки на ящике установлены откидные блокировки.
Для циркуляции воздуха каждый контейнер оборудован дефлекторами на торцевых стенках и откидных крышках.

На торцевой поверхности ящиков, направленной в сторону головного вагона, расположены разъемы:

• • XI - «плюсовой» разъем аккумуляторной батареи для подключения к внешним цепям электропоезда;
• • Х2 — «минусовой» разъем аккумуляторной батареи для подключения к внешним цепям электропоезда;
• • ХЗ — для подключения термопреобразователя (датчика температуры) и сигнализации подключения внешнего зарядного устройства.

Данная конструкция контейнера унифицирована и применяется для всех видов батарей вне зависимости от производителя. Общий вид контейнера с ящиками представлен на рис. 2.
Энергоблок 9-6СВГП-190РК собран в контейнере, внутри которого размещены следующие элементы:

• ■ => 9 батарей-модулей (модуль 6СВГП-190РК);
• ■ => устройство регистрации;
• ■ => соединительные провода;
• ■ => предохранители;

термопреобразователь (датчик температуры).
В правом ящике (рис. 3) размещены: четыре модуля 6СВГП-190РК, предохранитель F1 с током уставки 200 А, устройство регистрации, разъем Х4, приемная розетка для подключения преобразователя собственных нужд (ПСН).
В левом ящике размещены: пять модулей 6СВГП-190РК, предохранитель F2 с током уставки 200 А.
Модули 6СВГП-190РК зафиксированы в ящиках прижимными планками с винтами 1 и 8 (рис. 3) и винтами 1 и 5 (рис. 4).
Данные модули соединяются при помощи кабелей последовательно друг с другом в батарею 9-6СВГП-190РК, в состав которой входят девять модулей 6СВГП-190РК.

Установленные в ящике модули 6СВГП-190РК при эксплуатации и ремонте из ящика не вынимаются. При необходимости смены модуля 6СВГП-190РК следует снять прижимную планку.
Конструкция модуля 6СВГП-190РК (рис. 5) выполнена по технологии AGM (Absorbent Glass Mat - абсорбирующая прокладка из стекловолокна) и состоит из шести последовательно соединенных свинцовых аккумуляторов (химических источников многоразового использования), каждый из которых представляет собой комплекты положительных и отрицательных блоков -тонких пластин, состоящих из чистого свинца (99,9 %), разделенных между собой прокладками, которые пропитаны абсорбированным (гелеобразное состояние) кислотным электролитом и помещенных в пластиковый моноблок, закрытый общей крышкой. В крышке над каждым аккумулятором установлен регулирующий клапан, предотвращающий попадание воздуха внутрь, и обеспечивает удаление газов, выделяющихся при переразряде.

В качестве электролита применяется гель, приготовленный из водного раствора химически чистой серной кислоты.
В свинцовых аккумуляторах, произведенных по технологии AGM, жидкий электролит полностью отсутствует, электрохимически активная масса находится внутри расположенных между пластинами прокладок или матов-сепараторов, изготовленных из очень тонкого стекловолокна и волокон бумаги. Структура материала обеспечивает высокую пористость, благодаря чему электролит замыкается внутри.
Количество электролита рассчитывается так, чтобы он заполнял наиболее мелкие структурные ячейки, тогда как крупные остаются свободными, что создает условия для нормальной циркуляции освобожденных газов.

Благодаря инновационной конструкции модуля 6СВГП-190РК кислород, выделяемый при заряде на положительном электроде, через поры в сепараторе переходит к поверхности отрицательных электродов, где окисляет отрицательную активную массу, предотвращая выделение газообразного кислорода. В результате объем электролита остается на допустимом уровне весь срок эксплуатации модуля 6СВГП-190РК.
При проведении мероприятий технической эксплуатации вскрывать регулирующие клапаны для сброса повышенного давления в корпусе модуля 6СВГП-190РК на протяжении всего срока службы запрещается. Плотность электролита в процессе эксплуатации не измеряется.
Контроль состояния и эксплуатационных параметров батареи 9-6СВГП-190РК (ток заряда и разряда, напряжение, температура батареи и окружающего воздуха) ведется в автоматизированном режиме устройством регистрации (рис. б).
Питание устройства регистрации осуществляется от контролируемой батареи. Устройство работоспособно в диапазоне питающего напряжения от 40 до 160 В. Конструкция устройства регистрации обеспечивает гальваническую развязку измерительных цепей от цепей питания. Периодичность регистрации данных - один раз в 10 с. Объем встроенной памяти рассчитан на весь срок эксплуатации батареи. Устройство регистрации имеет интерфейс USB для снятия накопленных данных.
Термопреобразователь (датчик температуры) служит для передачи информации о температуре корпуса модуля 6СВГП-190РК на ПСН для компенсации зарядного напряжения в автоматическом режиме, подаваемого на аккумуляторную батарею от ПСН в зависимости от рабочей температуры модуля 6СВГП-190РК и температуры окружающего воздуха, что существенно влияет на срок службы батарей-модуля энергоблока.
Корпус термопреобразователя закреплен на «плюсовом» выводе модуля 6СВГП-190РК (GB2) с помощью болтового соединения. Через колодку зажимов Х5 термопреобразователь подключен к выводам 1 и 2 разъема ХЗ (рис. 7).

Конструкция системы батарей 86SMRX190FRpp и 86КРН200Р выполнена идентично и состоит из одних и тех же элементов:

• 86 никель-кадмиевых элементов SMRX190 (КРН200Р);
• соединительных проводов;
• температурного датчика;
• предохранителей.

Элементы смонтированы в двух ящиках (по 43 элемента в каждом), собранных на крепежных балках (рис. 8). Телескопические выдвигающиеся стойки позволяют доставать поддоны из стеллажа для обслуживания и ремонта. Соединение элементов внутри ящика показано на рис. 9. Оба ящика соединены последовательно при помощи кабелей (рис. 10). В правом ящике (рис. 9) установлены датчик температуры 4 и разъем 1 для подключения внешнего источника питания для заряда батареи. Датчик является электрическим сопротивлением с отрицательным температурным коэффициентом 10 кОм ±1 %, встроенным в кабельный наконечник. Сигнал с датчика температуры используется зарядным устройством преобразователя собственных нужд ПСН для обеспечения температурной компенсации напряжения заряда.
В каждом ящике установлено по одному предохранителю для защиты от токов короткого замыкания с током уставки 200 А. Для исключения случайного касания, предохранитель закрыт защитной панелью из полимерного стекла 2 (рис. 11).
Аккумуляторная батарея соединена с зарядным устройством, также предусмотрен разъем для подключения батареи к внешнему источнику питания.

Никель-кадмиевый аккумуляторный элемент (рис. 12) представляет собой химический источник тока, заключенный в герметичный корпус. В верхней части корпуса расположены положительный и отрицательный выводы и горловина для заправки электролитом, закрытая пробкой.
Конструкция горловины и пробка аккумуляторных элементов обеспечивают удобную заливку электролита и свободный выход газов, не допускают выплескивания электролита из аккумуляторов при нормальной эксплуатации — наклоне от нормального рабочего положения (крышкой вверх) на угол не более 30° и попадания внутрь его посторонних предметов.

Токоведущие элементы выдерживают максимальный ток короткого замыкания, а также соответствуют требованиям по допустимым воздушным зазорам и путям утечек. Электрические контакты заизолированы при помощи профильных крышек, выполненных из пожаробезопасного пластика.
Крепления активных электродов (контактные пластины) припаиваются к смежным соответствующим контактным пластинам, создавая непрерывную связь между двумя компонентами и обеспечивая тем самым передачу высоких токовых нагрузок и максимальную прочность. Разделительные пластины устанавливаются между положительными и отрицательными пластинами.

Электролит изготовлен на основе гидроксида калия и гидроксида лития, разработан для удовлетворения высоких требований к разряду и температуре.

Никель-кадмиевый элемент представляет собой электрохимическую систему, в которой электроды, содержащие активные материалы, претерпевают изменения в состоянии окисления без изменения физического состояния. Эти активные материалы характеризуются высокой стойкостью к растворению в щелочном электролите. Они остаются в твердом состоянии и не растворяются, подвергаясь изменениям в состоянии окисления. Таким образом, химический
механизм, который может привести к повреждению активных материалов, отсутствует.

При зарядке и разрядке элемента гидроксильные ионы перемещаются через электролит от положительных пластин к отрицательным. Щелочной раствор (электролит) действует только в качестве передающей среды. Он не участвует в электрохимической реакции, так как его роль в работе скорее пассивна, чем активна, состояние заряда фактического элемента не влияет на электролит в никелькадмиевом элементе.