Исследование и обслуживание тяговой АКБ перронного тягача в Омском аэропорте

Рисунок 1 — Перронный тягач

Перронный тягач оснащён аккумуляторной батарей из 40 элементов, собранных в две секции.

Рисунок 2 — Отдельные элементы батареи можно извлекать

В рамках продолжения работы рабочей группы по вопросу эффективности применения оборудования по анализу состояния и активации тяговых аккумуляторных батарей, применяемых ОАО «Омский Аэропорт», были проведены исследовательские работы по экспресс-анализу состояния и проведению контрольно-тренировочных циклов (КТЦ) аккумуляторной батареи Sombor 280, состоящей из 40 элементов, на перронном тягаче.

Для проверки состояния каждого отдельного элемента АКБ использовался анализатор AEA30V. В Омском аэропорте большой парк аккумуляторных батарей, поэтому для проверки и обслуживания аккумуляторов они приобрели этот анализатор.

Терминология

Тренировка аккумулятора — два или больше циклов «разряда-заряда» с контролем и ограничением тока, напряжения, времени, энергии. Для свинцово-кислотных АКБ КТЦ проводятся с целью разложить сульфаты, увеличить полезную площадь свинцовых пластин, повысить плотность электролита, уменьшить внутреннее сопротивление и увеличить реальную ёмкость.

Реальная ёмкость аккумулятора определяется при разряде полностью заряженного аккумулятора до минимально допустимых значений (в нашем случае до 1,8 В на один аккумулятор). АКБ разряжается постоянным током с замером времени; ёмкость измеряется в А/ч.

Внутреннее сопротивление (полное — импеданс, активное и реактивное) измеряется на одной или нескольких частотах, указывается в мОм.

Реверсирование аккумулятора в батарее при работе на нагрузку — процесс, при котором на неисправном элементе батареи напряжение падает до нуля, и после этого он начинает заряжаться в обратной полярности.

Рисунок 3 — Реверсирование элемента. Дефектный элемент работает как нагрузка: на его плюсовую клемму подаётся минус от исправных элементов и он заряжается в «обратную сторону»

Чтобы выявить проблемные элементы АКБ, при помощи анализатора AEA30V измеряли напряжение и внутреннее сопротивление каждого отдельного аккумулятора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Проблемные аккумуляторы существенно отличаются по сопротивлению или напряжению от среднего значения.

Результаты измерений представлены на Рисунке 4 — на нижней оси указаны номера элементов АКБ (всего 40 шт.), на вертикальной оси показаны напряжения в Вольтах (розовый цвет) и активное сопротивление в мОм (голубой цвет).

Рисунок 4 — Результаты измерений 40 элементов батареи

По гистограмме видно, что в батарее есть три проблемных аккумулятора: №26, №37, №39. Внутреннее сопротивление у этих аккумуляторов существенно выше среднего значения. Кроме того, у №39 ещё и напряжение ниже нормы.

Время на процесс измерения одного элемента — около 20 секунд. Все 40 элементов батареи были обмеряны примерно за 15 минут.

Аккумулятор №39: замена на исправный

Аккумулятор под №39 необходимо было срочно оттренировать или заменить на исправный, т.к. именно он сильнее всего влиял на параметры всей АКБ. Поскольку тренировка неисправного аккумулятора — процесс длительный, а тягач не мог долго простаивать, решили заменить элемент №39 заведомо исправным.

Рисунок 5 — Неиспользованные резервные элементы, хранящиеся на складе

На складе аэропорта хранятся неиспользованные резервные элементы. У шести аккумуляторов замерили электрические параметры, чтобы выбрать замену для элемента №39. Элементы исправны, напряжение у всех в норме, а внутреннее сопротивление у элемента 6 выше, чем у других.

Рисунок 6 — Результаты измерений 6 запасных элементов со склада

Полные данные о результатах измерений 6 неиспользованных элементов представлены в Приложении 2.

Правильный ввод в эксплуатацию АКБ

При работе с аккумуляторными батареями крайне важно обеспечить правильный ввод в эксплуатацию. Если в АКБ будут элементы, существенно отличающиеся по электрическим характеристикам от соседних, батарея не будет работать нормально. В батарее из 40 элементов из-за одного неисправного элемента потери отдаваемой мощности могут доходить до 9%.

Для демонстрации важности тренировки из шести резервных аккумуляторов выбран элемент с заведомо худшими характеристиками (№6). Ему проведён один КТЦ «разряд-заряд-разряд-заряд» с помощью активатора AEAC-12V.

Рисунок 7 — Процесс обслуживания аккумулятора на активаторе AEAC-12V

Снимки экрана сделаны с помощью программы, управляющей активатором AEAC-12V. В программе задаются режимы тестирования, токи и напряжения, ограничения по времени и ёмкости заряда.

Программа отображает ступени циклов испытания (тренировки), тип выполняемого действия (заряд/разряд/пауза), контрольные значения, ограничения и справочную информацию. Для конкретной модели аккумулятора «профиль» КТЦ можно сохранить и применять без дополнительной настройки. Практика показывает, что количество типов АКБ в одной организации относительно невелико (10–50 типов).

Рисунок 8.1 — Первый цикл тренировки элемента №6

Рисунок 8.2 — Второй цикл тренировки элемента №6

В Таблице 1 сведены данные элемента №6 до и после тренировки.

Таблица 1 — Элемент №6: до и после тренировки

	Разрядная ёмкость, Ач	Сопротивление R100, мОм	Напряжение, В	Плотность электролита, г/см³
До тренировки	115,82	0,808	2,022	1,2
После тренировки	296,98	0,718	2,167	1,29

Ёмкость ДО тренировки — 116 А/ч. Ёмкость ПОСЛЕ тренировки — 297 А/ч. Реальная ёмкость увеличилась в 2,5 раза.

Рисунок 9 — Батарея с извлечёнными элементами

Тренировка снятого элемента №39

Элемент АКБ под номером №39 был заменён без вывода тягача из эксплуатации. Снятый аккумулятор испытан и прошёл три тренировочных цикла. Результаты — на рисунках 10.1–10.3.

Рисунок 10.1 — Первый цикл тренировки элемента №39

Рисунок 10.2 — Второй цикл тренировки элемента №39

Рисунок 10.3 — Третий цикл тренировки элемента №39

Таблица 2 — Элемент №39: динамика тренировки

	Разрядная ёмкость, Ач	Сопротивление R100, мОм	Напряжение, В	Плотность электролита, г/см³
До тренировки	2,55	1,521	2,005	1,0
После 1 цикла	214,00	0,940	2,120	1,27
После 2 цикла	244,10	0,639	2,099	1,30

При имевшейся ёмкости 2,55 Ач элемент реверсировался практически сразу после выхода тягача из депо. Напряжение на нём падало до 0 В, затем он начинал заряжаться в обратную сторону, представляя нагрузку для остальных аккумуляторов. Это приводило к резкому снижению мощности тягача.

ВАЖНО: Штатное зарядное устройство «не видит» проблемного аккумулятора во всей АКБ. Если один или несколько аккумуляторов реверсированы — оно продолжает заряжать батарею до установленного напряжения. В результате исправные аккумуляторы перезаряжаются, а реверсированные восстанавливают «полярность», но остаются недозаряженными. Штатное ЗУ не предназначено для восстановления отдельных аккумуляторов в АКБ.

Для АКБ из 40 аккумуляторов потеря мощности составит до 9% из-за одного реверсированного аккумулятора. Не удивительно, что после обслуживания двух аккумуляторов и замены одного персонал без каких-либо приборов ощутил увеличение мощности тягача.

Тренировка резервных элементов №1 и №3

Из комплекта запасных аккумуляторов взяты ещё два (№1 и №3) — худшие из имеющихся. Они испытаны, соединены последовательно и оттренированы в составе батареи из двух элементов. Такое включение позволяет существенно экономить время на тренировку.

ПРИМЕЧАНИЕ: Активатор AEAC-12V-20 может тренировать батарею, составленную максимально из 8 элементов для свинцово-кислотных АКБ, из 10 — для Ni-Cd/Ni-Mh и из 4 литиевых элементов.

Рисунок 11.1 — Первый цикл тренировки элементов №1 и №3 (последовательное соединение)

Рисунок 11.2 — Второй цикл тренировки элементов №1 и №3

Таблица 3 — Элементы №1 и №3: до и после тренировки

	Разрядная ёмкость, Ач	Сопротивление R100, мОм	Напряжение, В	Плотность электролита, г/см³
До тренировки (1 цикл)	130,79	1,720	4,030	1,20
После 1 цикла (2-й цикл)	310,20	0,940	4,320	1,28

Как и следовало ожидать, они имели несколько лучшие характеристики, чем самый худший аккумулятор из резервных. Это подтверждает, что с помощью анализатора можно определить характеристики аккумуляторов и сформировать из них согласованную АКБ.

Тренировка элементов №26 и №37

При тренировке элементов №26 и №37 выяснилось, что элемент №37 имеет механический дефект и не может быть восстановлен. Это видно по большому сопротивлению R = 4,57 мОм и по отсутствию приёма тока заряда на первых шести ступенях зарядной таблицы.

Разница в данных при измерении анализатором и активатором объясняется принципом работы: анализатор имеет два автоматически переключаемых режима нагрузки — 50 и 500 мА, а активатор только один — 500 мА.

Рисунок 12.1 — Первый цикл тренировки элементов №26 и №37

Рисунок 12.2 — Заряд элемента №26

Рисунок 13 — В аккумуляторную батарею вставлен элемент на замену и оттренированные элементы

Выводы

1. АКБ из 40 элементов, несмотря на кажущуюся работоспособность («тягач уже не развивал полную мощность»), содержала три «проблемных» элемента. Два восстановлены и возвращены в АКБ, один заменён оттренированным резервным. Это пример раннего обнаружения неисправности АКБ стоимостью более 260 000 руб., до того как её деградация стала бы необратимой.

2. Принципиальное отличие комплекта из анализатора и активатора от другого испытательного оборудования:

• раннее определение «проблемных» элементов АКБ;
• раннее определение начала деградации отдельных элементов;
• устранение деградирующих процессов на начальной стадии.

Оценка и принятие решения о состоянии АКБ в целом позволяет исходить не из статистики, а из реального состояния АКБ. Кроме того, это позволяет вводить такое понятие, как «прогнозируемый отказ АКБ» — приведение «реального» состояния к нормальному основано на работе именно с проблемными элементами, а не на бесполезном прогоне всей АКБ без контроля за процессами.

3. Что не сделано, а сделать надо: провести цикл тренировки ВСЕМ аккумуляторам батареи тягача. Поскольку решена только явная проблема, а надлежащее обслуживание не проведено.

Приложения 1 и 2 с полными данными измерений 40 элементов перронного тягача и 6 резервных элементов хранятся в исходном отчёте.

 

⚠ — проблемные элементы (повышенное сопротивление или пониженное напряжение)

Приложение 1 — Данные измерений 40 элементов перронного тягача (анализатор AEA30V)

№ эл.	U, В	F, Гц	Z, мОм	R, мОм	X, мОм	A, °
1	2.162	20.00	0.744	0.744	-0.013	-1.001
		100.0	0.756	0.672	0.348	27.37
		500.0	2.143	0.629	2.049	72.93
		1000	4.205	0.639	4.157	81.26
2	2.157	20.00	0.709	0.709	-0.011	-0.888
		100.0	0.691	0.623	0.300	25.71
		500.0	1.883	0.604	1.784	71.29
		1000	3.673	0.591	3.626	80.74
3	2.153	20.00	0.688	0.688	-0.008	-0.666
		100.0	0.716	0.618	0.363	30.42
		500.0	2.164	0.580	2.085	74.45
		1000	4.242	0.581	4.203	82.12
4	2.165	20.00	0.708	0.708	-0.012	-0.971
		100.0	0.720	0.625	0.359	29.87
		500.0	2.137	0.598	2.052	73.75
		1000	4.176	0.601	4.133	81.72
5	2.162	20.00	0.705	0.705	-0.023	-1.868
		100.0	0.686	0.622	0.291	25.07
		500.0	1.848	0.587	1.753	71.48
		1000	3.584	0.584	3.537	80.62
6	2.148	20.00	0.718	0.718	0.025	1.994
		100.0	0.717	0.634	0.336	27.92
		500.0	2.030	0.602	1.939	72.75
		1000	3.968	0.577	3.926	81.63
7	2.167	20.00	0.682	0.682	-0.011	-0.924
		100.0	0.686	0.607	0.321	27.87
		500.0	1.964	0.560	1.883	73.43
		1000	3.853	0.534	3.816	82.03
8	2.162	20.00	0.686	0.686	-0.005	-0.417
		100.0	0.721	0.632	0.348	28.83
		500.0	2.171	0.632	2.077	73.07
		1000	4.175	0.606	4.131	81.65
9	2.162	20.00	0.700	0.700	0.030	2.454
		100.0	0.717	0.633	0.337	28.03
		500.0	2.028	0.595	1.939	72.94
		1000	3.977	0.587	3.934	81.51
10	2.162	20.00	0.643	0.643	0.023	2.048
		100.0	0.666	0.588	0.313	28.02
		500.0	1.828	0.557	1.742	72.26
		1000	3.601	0.543	3.560	81.32
11	2.159	20.00	0.661	0.661	-0.004	-0.346
		100.0	0.656	0.584	0.300	27.18
		500.0	1.812	0.526	1.734	73.12
		1000	3.565	0.521	3.527	81.59
12	2.171	20.00	0.688	0.688	-0.002	-0.166
		100.0	0.704	0.604	0.363	31.00
		500.0	2.128	0.562	2.053	74.69
		1000	4.186	0.578	4.146	82.06
13	2.171	20.00	0.673	0.673	-0.002	-0.170
		100.0	0.680	0.592	0.335	29.50
		500.0	2.017	0.567	1.936	73.67
		1000	3.946	0.546	3.909	82.04
14	2.167	20.00	0.672	0.672	0.003	0.255
		100.0	0.697	0.613	0.332	28.43
		500.0	1.949	0.590	1.858	72.38
		1000	3.787	0.623	3.736	80.53
15	2.162	20.00	0.644	0.644	0.009	0.800
		100.0	0.687	0.596	0.342	29.84
		500.0	2.073	0.553	1.998	74.52
		1000	4.076	0.548	4.040	82.27
16	2.165	20.00	0.688	0.688	-0.007	-0.582
		100.0	0.702	0.602	0.363	31.08
		500.0	2.132	0.582	2.052	74.16
		1000	4.209	0.575	4.170	82.14
17	2.162	20.00	0.684	0.684	0.010	0.837
		100.0	0.720	0.629	0.352	29.23
		500.0	2.073	0.573	1.993	73.95
		1000	4.089	0.601	4.045	81.54
18	2.162	20.00	0.682	0.682	0.008	0.672
		100.0	0.723	0.613	0.384	32.06
		500.0	2.214	0.599	2.132	74.30
		1000	4.258	0.588	4.218	82.06
19	2.159	20.00	0.668	0.668	-0.006	-0.514
		100.0	0.714	0.607	0.377	31.84
		500.0	2.154	0.652	2.053	72.38
		1000	4.317	0.590	4.277	82.14
20	2.171	20.00	0.710	0.710	-0.006	-0.484
		100.0	0.722	0.628	0.358	29.68
		500.0	2.156	0.613	2.068	73.48
		1000	4.106	0.658	4.053	80.77
21	2.165	20.00	0.727	0.727	-0.002	-0.157
		100.0	0.715	0.646	0.307	25.41
		500.0	1.938	0.641	1.829	70.68
		1000	3.743	0.658	3.685	79.87
22	2.136	20.00	0.736	0.736	0.037	2.877
		100.0	0.771	0.688	0.350	26.96
		500.0	2.037	0.672	1.923	70.73
		1000	3.936	0.690	3.876	79.90
23	2.128	20.00	0.718	0.718	0.023	1.834
		100.0	0.735	0.662	0.320	25.79
		500.0	1.924	0.715	1.787	68.19
		1000	3.654	0.752	3.576	78.12
24	2.139	20.00	0.716	0.716	-0.019	-1.520
		100.0	0.725	0.622	0.374	31.01
		500.0	2.209	0.582	2.131	74.72
		1000	4.355	0.588	4.316	82.24
25	2.148	20.00	0.773	0.773	-0.030	-2.222
		100.0	0.737	0.690	0.260	20.64
		500.0	1.749	0.644	1.627	68.40
		1000	3.363	0.632	3.304	79.17
25*	2.148	20.00	0.762	0.762	-0.028	-2.104
		100.0	0.731	0.684	0.259	20.73
		500.0	1.689	0.633	1.566	67.99
		1000	3.250	0.641	3.187	78.62
26 ⚠	2.148	20.00	0.794	0.794	-0.005	-0.360
		100.0	0.782	0.727	0.290	21.74
		500.0	1.826	0.687	1.692	67.90
		1000	3.493	0.672	3.428	78.90
27	2.133	20.00	0.688	0.688	-0.027	-2.247
		100.0	0.686	0.617	0.300	25.93
		500.0	1.839	0.588	1.743	71.35
		1000	3.545	0.607	3.493	80.14
28	2.148	20.00	0.768	0.768	-0.019	-1.417
		100.0	0.761	0.686	0.331	25.75
		500.0	2.052	0.658	1.944	71.30
		1000	3.976	0.666	3.920	80.35
29	2.153	20.00	0.757	0.757	-0.030	-2.269
		100.0	0.735	0.683	0.273	21.78
		500.0	1.787	0.638	1.670	69.09
		1000	3.451	0.634	3.393	79.41
30	2.162	20.00	0.742	0.741	-0.047	-3.629
		100.0	0.693	0.638	0.272	23.09
		500.0	1.801	0.590	1.702	70.88
		1000	3.511	0.590	3.462	80.32
31	2.128	20.00	0.686	0.686	-0.008	-0.668
		100.0	0.667	0.602	0.288	25.56
		500.0	1.821	0.565	1.732	71.93
		1000	3.547	0.551	3.504	81.06
32	2.142	20.00	0.758	0.758	-0.018	-1.360
		100.0	0.738	0.673	0.303	24.23
		500.0	1.940	0.627	1.836	71.14
		1000	3.779	0.642	3.725	80.22
33	2.148	20.00	0.683	0.683	-0.013	-1.090
		100.0	0.695	0.613	0.328	28.15
		500.0	1.968	0.570	1.884	73.16
		1000	3.897	0.567	3.856	81.63
34	2.139	20.00	0.665	0.663	0.056	4.828
		100.0	0.685	0.613	0.307	26.60
		500.0	1.873	0.570	1.785	72.29
		1000	3.629	0.557	3.586	81.17
35	2.139	20.00	0.682	0.682	-0.029	-2.434
		100.0	0.651	0.601	0.252	22.74
		500.0	1.685	0.591	1.579	69.47
		1000	3.280	0.552	3.234	80.31
36	2.148	20.00	0.695	0.695	-0.021	-1.730
		100.0	0.691	0.618	0.310	26.63
		500.0	1.909	0.560	1.826	72.95
		1000	3.715	0.586	3.669	80.92
37 ⚠	2.150	20.00	0.760	0.760	-0.017	-1.281
		100.0	0.758	0.710	0.267	20.60
		500.0	1.723	0.657	1.593	67.58
		1000	3.310	0.645	3.247	78.76
38	2.157	20.00	0.710	0.710	-0.018	-1.452
		100.0	0.728	0.634	0.359	29.52
		500.0	2.240	0.587	2.162	74.80
		1000	4.366	0.596	4.326	82.15
39 ⚠	2.005	20.00	1.666	1.659	-0.161	-5.542
		100.0	1.549	1.521	0.298	11.08
		500.0	2.515	1.420	2.076	55.62
		1000	4.513	1.408	4.288	71.82
40	2.142	20.00	0.770	0.770	-0.015	-1.116
		100.0	0.760	0.690	0.320	24.88
		500.0	2.010	0.644	1.905	71.32
		1000	3.918	0.640	3.866	80.60

★ — элемент с наибольшим сопротивлением среди резервных (выбран для демонстрации тренировки)

Приложение 2 — Данные измерений 6 резервных элементов, находящихся на хранении (анализатор AEA30V)

№ эл.	U, В	F, Гц	Z, мОм	R, мОм	X, мОм	A, °
1	2.031	20.00	0.830	0.830	-0.035	-2.414
		100.0	0.806	0.746	0.306	22.30
		500.0	1.972	0.682	1.851	69.77
		1000	3.876	0.591	3.831	81.23
2	2.028	20.00	0.892	0.892	-0.024	-1.541
		100.0	0.836	0.784	0.291	20.36
		500.0	2.009	0.703	1.883	69.52
		1000	3.914	0.667	3.857	80.18
3	2.022	20.00	0.840	0.840	-0.024	-1.636
		100.0	0.810	0.746	0.317	23.02
		500.0	2.075	0.692	1.957	70.52
		1000	3.987	0.670	3.931	80.32
4	2.034	20.00	0.833	0.833	-0.013	-0.894
		100.0	0.813	0.748	0.321	23.22
		500.0	2.054	0.692	1.934	70.31
		1000	4.001	0.668	3.945	80.38
5	2.031	20.00	0.836	0.835	-0.055	-3.768
		100.0	0.784	0.738	0.265	19.75
		500.0	1.773	0.664	1.645	68.01
		1000	3.422	0.630	3.364	79.39
6 ★	2.022	20.00	0.924	0.923	-0.045	-2.791
		100.0	0.850	0.808	0.265	18.15
		500.0	1.887	0.740	1.736	66.91
		1000	3.637	0.711	3.567	78.72