Бронетранспортер БТР-80 – боевая колесная плавающая машина, имеющая вооружение, броневую защиту и высокую подвижность [1]. Аккумуляторные батареи предназначены для питания системы электростартерного пуска двигателя машины и других приемников электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Основным режимом работы батарей является стартерный режим разряда, когда батарея должна кратковременно обеспечить отдачу больших разрядных токов [2]. От технического состояния батарей во многом будет зависеть подвижность бронетранспортера.

На бронетранспортере БТР-80 в нише аккумуляторных батарей между третьим и четвертым колесом справа по ходу движения машины установлены две танковые батареи типа 12СТ-85. Допускается установка двух автомобильных батарей типа 6СТ-190ТР [1]. В особых случаях может возникнуть необходимость установки на бронетранспортер трофейных батарей. Следует помнить, что экипаж бронетранспортера с исправными батареями, пусть и трофейными, имеет гораздо больше возможностей и шансов выполнить поставленную задачу и уцелеть в бою, чем экипаж машины с неисправными батареями или вообще без батарей.

На батареях зарубежных изготовителей емкость обозначается числом с размерностью А·h (Аmper·hour), что соответствует русскому обозначению А·ч (Ампер·час). Например: 140А·h. На иностранные боевые и транспортные машины устанавливают в основном только батареи с номинальным напряжением 12 В, которое обозначается как: 12V.

При эксплуатации при температурах не ниже 0 °С допустимо устанавливать две последовательно соединенных батареи с номинальным напряжением 12 В, емкостью значительно меньше 170 А·ч, но не менее 100 А·ч (рисунок 1). Но при установке батарей с емкостью менее 170 А·ч следует уменьшить продолжительность попыток электростартерного пуска двигателя или их количество или увеличить продолжительность времени между попытками по сравнению с установленным техническим описанием и инструкцией по эксплуатации бронетранспортера [1]. Следует помнить, что ток холодной прокрутки батарей напрямую не связан с их емкостью, и у большинства современных батарей с емкостью в указанных пределах величина его будет достаточна для электростартерного пуска дизеля бронетранспортера.

Рисунок 1 – Последовательное подключение трофейных автомобильных

батарей напряжением 12 В емкостью от 100 А·ч и более

Если бронетранспортер эксплуатируется при низких температурах, то емкость трофейных должна быть ближе к емкости штатных батарей. При этом батареи на машину желательно устанавливать одного и того же типа и исполнения, например, снятые с трофейной боевой или транспортной машины (грузового автомобиля) противника. Если, вследствие обстоятельств, приходится устанавливать батареи разного типа и, соответственно, разной емкости, с различных машин, то необходимо помнить, что общая емкость последовательно соединенных батарей всегда определяется батареей с наименьшей номинальной емкостью или более разряженной батареей. Но после пуска двигателя тем или иным способом разряженные батареи могут зарядиться от генераторов бронетранспортера и иметь в дальнейшем одинаковую достаточную степень заряженности.

Если нет трофейных батарей боевых машин или грузовых автомобилей, у которых, как правило, номинальная емкость 100 и более А·ч, то следует использовать трофейные аккумуляторные батареи, снятые с легковых машин, емкость которых, как правило, менее 100 А·ч. Для надежного электростартерного пуска дизеля бронетранспортера необходимо установить четыре последовательно-параллельно соединенные батареи легковых автомобилей. На рисунке 2 представлено подключение к бортовой сети бронетранспортера четырех трофейных аккумуляторных батарей одной полярности с легковых автомобилей.

Трофейные аккумуляторные батареи с номинальной емкостью менее 50 А·ч для установки на бронетранспортер БТР-80 не подходят. Габаритные размеры современных батарей легковых автомобилей иностранных производителей позволяют их разместить в нише аккумуляторных батарей бронетранспортера. В соответствии с рисунком 4 представлены германские батареи для легковых автомобилей прямой и обратной полярности.

Рисунок 2 – Последовательно-параллельное подключения аккумуляторных

батарей одной полярности к бортовой сети бронетранспортера БТР-80

Батареи европейских изготовителей, как правило, имеют обратную полярность. Батареи, изготовленные в США, Японии и Юго-Восточной Азии – прямую.

Полярность аккумуляторной батареи – термин, определяющий расположение токосъемных выводов на ее корпусе. На батареях ориентировка положительного и отрицательного выводов относительно корпуса может быть различной. При прямой полярности, если смотреть на батарею со стороны выводов, то вывод «+» будет находиться слева (рисунок 3). У батарей с обратной полярностью расположение выводов «+» и «–» противоположное.

При установке трофейных батарей следует определить их полярность и согласно ей подключать батареи к бортовой сети бронетранспортера. Аккумуляторные батареи, в зависимости от их изготовителя, могут иметь не только разную полярность, но и разные формы полюсных выводов согласно рисунку 4. При любой полярности необходимо вместе с батареями с трофейной машины снять и соединительные провода с полюсными наконечниками. Это значительно облегчит подключение батарей к бортовой сети бронетранспортера.

Рисунок 3 – Аккумуляторные батареи для легковых автомобилей зарубежных изготовителей с различной полярностью

Рисунок 4 – Полярность аккумуляторных батарей и формы

их полюсных выводов

Соединительные провода по возможности следует снять полностью, а не отрезать их. Если провода отрезать, то возможно придется делать скрутку проводов для того, чтобы подсоединить батареи к бортовой сети. А скрутка нежелательна, так именно в ней будет интенсивно происходить коррозия, что может уменьшить стартерный ток аккумуляторных батарей из-за повышения сопротивления цепи электростартерного пуска. Кроме того, скрутка должна быть тщательно заизолирована, а, в крайнем случае, если нет возможности ее заизолировать, то зафиксирована и не касаться корпуса бронетранспортера во избежание короткого замыкания.

Если трофейные батареи, устанавливаемые на бронетранспортер, имеют разную полярность, то это может серьезно усложнить их подключение. В этом случае следует проявить повышенную внимательность.

Если в наличии имеется одна трофейная батарея емкостью более 100 А·ч и две батареи легковых автомобилей меньшей емкости, то три батареи следует соединить последовательно-параллельно. На рисунке 5, на котором представлено подключение к бортовой сети машины трофейных батарей одной полярности. При разной полярности батарей их подключение к бортовой сети машины значительно усложнится.

При установке батарей необходимо их надежно закрепить каким-угодно способом, так как плохо закрепленные батареи быстро выйдут из строя.

При первой возможности следует заменить трофейные батареи на штатные.

Рисунок 5 – Последовательно-параллельное подключение

трех трофейных батарей с разной емкостью

При системном изучении аналогичных материалов на занятиях по электрооборудованию боевых машин у курсантов воспитывается и крепнет чувство уверенности в надежности отечественной боевой техники в особых условиях ее эксплуатации.

Аккумуляторные батареи, установленные на машинах, могут работать как самостоятельный источник тока, так и параллельно с генератором. Аккумуляторные батареи предназначены для питания системы электростартерного пуска двигателя машины и других приемников (потребителей) электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности.

На машины устанавливаются главным образом свинцовые стартерные аккумуляторные батареи.

Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи конструктивно выполнены так, что способны в течение короткого промежутка времени (до 20 секунд) отдать большой ток (до тысяч ампер) для работы системы электростартерного пуска и одновременно выдерживать вибрационные нагрузки, возникающие при эксплуатации транспортного средства. Стартерная аккумуляторная батарея состоит из нескольких (3, 6 или 12) одинаковых аккумуляторов, соединенных между собой последовательно. Количество последовательно соединенных аккумуляторов определяет величину номинального напряжения U_H батареи, которое может быть 6, 12 или 24 В.

Основным режимом работы батарей, установленных на машинах, является стартерный режим разряда, когда батарея должна кратковременно обеспечить отдачу больших разрядных токов [3, 4]. В этом режиме батарея работает как самостоятельный источник тока. При совместной работе с генератором батарее устраняет или уменьшает его перегрузку и сглаживает пульсации напряжения генератора в бортовой сети машины.

Классификация свинцовых стартерных аккумуляторных батарей представлена в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 – Классификация свинцовых стартерных аккумуляторных батарей

Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи подразделяются на танковые, автотракторные (автомобильные) и мотоциклетные [3]. Их принципиальное устройство одинаковое, но в зависимости от предназначения батареи имеют конструкционные отличия. Например, танковые обладают более высоким сопротивлением вибрации, чем другие батареи.

Сопротивление вибрации – способность батареи сохранять работоспособность при периодических и нерегулярных воздействиях сил ускорения. Эта способность является важной характеристикой надежности работы батареи на бронетанковой технике. Для обеспечения у батарей высокой механической прочности и сопротивления вибрации посадочные места батарей должны иметь амортизационные прокладки, а сами батареи должны быть надежно закреплены на машине.

Танковые, автотракторные (автомобильные) и мотоциклетные аккумуляторные батареи представлены в соответствии с рисунком 2.

а б в

а – танковая батарея 12СТ-85Р1; б – автотракторная (автомобильная) батарея 6СТ-190ТР; в – мотоциклетная батарея 3MTC-18

Рисунок 2 – Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи

Наиболее удобна классификация батарей непосредственно по объему работ, выполняемых при техническом обслуживании. Поэтому в настоящее время изготовителями и пользователями стартерных батарей широко применяется следующая классификация их конструкционных и потребительских свойств:

- обслуживаемые батареи (обычной конструкции) – в моноблоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками над крышками (ремонтопригодные), представленные согласно рисунку 2, а, б, или в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой (рисунок 3 а, б). Такие батареи требуют постоянного ухода – в первую очередь проверок уровня электролита и степени разряженности батареи по плотности электролита ее аккумуляторов, а также контроля других электрических параметров. Поставляются сухозаряженными (без электролита) или залитыми электролитом. Эти батареи на сегодняшний день считаются устаревшими. Они в основном производятся лишь на российских заводах и заводах стран СНГ и дешевле других;

- малообслуживаемые батареи – в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой. Они требуют значительно меньшего ухода (проверки уровня электролита и степени разряженности батареи по плотности электролита ее аккумуляторов производятся существенно реже), но имеют пробки для контроля уровня электролита в аккумуляторах и доливки при необходимости дистиллированной воды. Поставляются сухозаряженными или залитыми электролитом. На малообслуживаемые аккумуляторные батареи цены несколько выше, чем на обслуживаемые;

а б в

а – танковая батарея 12СТ-85АП; б – автомобильная батарея 6СТ-190А; в – автомобильная необслуживаемая батарея ECO.R 44B19 (изготовитель GS YUASA ECO.R Япония) напряжением 12 В и емкостью 44 А∙ч

Рисунок 3 – Аккумуляторные батареи с общей крышкой

- необслуживаемые батареи – в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой незначительно теряют емкость при глубоких разрядах и расход воды у них так мал, что батареи изготовлены полностью герметичными без пробок (рисунок 3, в) или с регулирующими (предохранительными) клапанами. При нормальных условиях работы клапан закрыт, но сбрасывает избыточное давление газа внутри аккумулятора, если оно превышает заданную величину. В эти батареи нельзя доливать воду или электролит в процессе эксплуатации. Электролит в них находится в связанном состоянии в виде геля [5]. У необслуживаемых батарей малый саморазряд, поэтому отпадает необходимость проверки их степени разряженности при хранении. Нормальная работа гарантируется изготовителем в течение всего срока службы. Необслуживаемые батареи – самые дорогие.

Элемент конструкции аккумулятора, определяющий является ли батарея необслуживаемой, малообслуживаемой или обслуживаемой – токоотводы его электродов. Если токоотводы отлиты из сплава свинца и сурьмы (сурьмы от 4 до 6%) – то батареи являются обслуживаемыми. Если сурьмы в сплаве меньше 2% или в качестве легирующей присадки применяют кальций, олово и некоторые другие присадки – то батареи малообслуживаемые. Необслуживаемые батареи производятся с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с многокомпонентными добавками (олово, серебро, мышьяк и др.).

Наибольшее влияние на работу аккумуляторных батарей при установке на машину оказывают: их место размещения и способ крепления; среднесуточный пробег и условия эксплуатации: климатический район, время года и суток; предназначение машины; соответствие характеристик генераторной установки аккумуляторной батарее и приемникам (потребителям) электроэнергии.

Доступ к батареям на машинах должен быть максимально свободным, резьбовые соединения наконечников проводов должны быть надежно затянутыми, выводы батарей и наконечники соединительных проводов очищенными от окислов.

В настоящее время в Российской Федерации действует несколько документов, определяющих маркировку свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. К ним относятся ГОСТы, технические условия на различные батареи, руководство [3]. Условные обозначения батарей должны быть указаны в нормативных документах (паспортах, инструкциях по эксплуатации) на батареи конкретного типа и исполнения.

Согласно [3] танковые и автомобильные батареи имеют маркировку, нанесенную на перемычках. В соответствии с рисунком 4 представлена маркировка танковой батареи.

Рисунок 4 – Маркировка танковой аккумуляторной батареи

На каждой танковой батарее нанесены следующие обозначения: товарный знак предприятия-изготовителя; тип и исполнение батареи; дата изготовления (год месяц); соответствующий ГОСТ или ТУ; знаки полярности: «+» плюс и «» минус; заводской номер батареи. У батарей типа 12СТ-85 знаки полярности дополнительно наносятся на защитном кожухе полюсных выводов. На автомобильной батарее наносятся такие же обозначения, но заводского номера автомобильные батареи не имеют.

На боевую машину десанта БМД-2 устанавливается одна танковая батарея типа 12 СТ-85. Аккумуляторные батареи типа 12СТ-85 выпускаются в исполнениях 12СТ-85Р1, 12СТ-85РМ и 12СТС-85АС1 (с общей крышкой) и некоторых других (рисунок 5).

а б

а– батарея 12СТС-85АС1; б – батарея 12СТ-85П

Рисунок 5 – Различные исполнения батареи типа 12СТ-85

Товарные знаки основных заводов-изготовителей аккумуляторных батарей, устанавливаемых на БМД-2, представлены согласно таблице 1.

На батареи может также наноситься разрядный ток, А, если он больше 3·С₂₀ при температуре электролита минус 18 ⁰С; масса батареи (если она 10 кг и более); знаки безопасности и символ переработки.

Т а б л и ц а 1 – Товарные знаки основных заводов-изготовителей
аккумуляторных батарей, устанавливаемых на боевой машине БМД-2

Полярность аккумуляторной батареи – термин, определяющий расположение токосъемных выводов на ее корпусе. На батареях ориентировка положительного и отрицательного выводов относительно корпуса может быть различной. Полярность может быть прямой (в основном американские изготовители батарей) или обратной (в основном европейские изготовители). При прямой полярности, если смотреть на батарею со стороны выводов, то вывод «+» будет находиться слева. У батарей с обратной полярностью расположение выводов «+» и «» противоположное.

Согласно [3] маркируются обслуживаемые батареи (обычной конструкции) в моноблоке с ячеечными крышками (ремонтопригодные).

Условное обозначение батарей содержит тип батареи и особенности ее конструкционного исполнения. Тип батарей определяется: количеством аккумуляторов последовательно соединенных в аккумуляторной батарее, характеризующим ее номинальное напряжение; назначением (СТ – стартерная); номинальной емкостью при 20-часовом режиме разряда (в А·ч).

Структура условного обозначения стартерной батареи может быть представлена в следующем виде (рисунок 6).

Рисунок 6 – Структура условного обозначения

стартерных аккумуляторных батарей

Рассмотрим условное обозначение танковой батареи:

12 СТ – 85 РМ

(1) (2) (3) (4)

1 – позиция указывает число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее и характеризует ее номинальное напряжение, В, 24;

2 – позиция указывает назначение батареи по функциональному признаку (СТ – стартерная);

3 – позиция указывает номинальную емкость батареи, А·ч, 85;

4 – позиция указывает дополнительную информацию об исполнении батареи согласно техническим условиям на ее изготовление: материал моноблока (Э – корпус-моноблок из эбонита, Т – моноблок из термопластичной пластмассы). Если материал моноблока не обозначен, то он выполнен из сополимера пропилена с этиленом; материал сепараторов (М – мипласт, Р – мипор, С – стекловолокно). Если материал сепаратора не обозначен, то он выполнен из полиэтилена; серию (Н – новая) и т.п.

Дополнительно для обозначения устанавливаемых в аккумуляторы батареи сепараторов-конвертов из микропористого полиэтилена применяется буква «П». Например, в условном обозначении батарей 12СТ-85П (12СТ-85АП – для батарей с общей крышкой).

Согласно [6] на стартерные аккумуляторные батареи нанесена маркировка – сверху или на одной из четырех сторон. На каждой автотракторной батарее нанесены следующие обозначения: товарный знак или наименование предприятия – изготовителя; условное обозначение батареи; знаки полярности: плюс «+» и минус «-» (обязательно наносятся и на полюсные выводы); дата изготовления (месяц, год); тип и исполнение батареи; номинальная емкость, А·ч; номинальное напряжение, В; ток холодной прокрутки, А; масса батареи (если она равна 10 кг и более); знаки безопасности и символ переработки.
Условное обозначение типов батарей и их исполнений представлено в соответствии с рисунком 7.

Рисунок 7 – Условные обозначения автотракторных батарей по ГОСТ 959-2002

Согласно [6]
маркируются автотракторные обслуживаемые батареи (обычной конструкции) и малообслуживаемые батареи в моноблоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой. После буквы «А» в условном обозначении могут применяться буквы дополнительной информации об исполнении батареи: материал моноблока, сепараторов и др.

В условном обозначении батареи буква А, стоящая за числом, обозначающим емкость батареи, означает, что батарея выполнена в исполнении с общей крышкой.

Термин «необслуживаемая» в условном обозначении согласно рисунку 7 применяется для батарей, соответствующих требованию [6] по расходу воды: расход воды при заряде с открытыми пробками при постоянном напряжении (14±0,05) В за 21 сутки недолжен быть более 6 г на 1 А·ч номинальной емкости или 4 г/мин резервной емкости. Батареи в исполнении «необслуживаемая» согласно [6], относятся к малообслуживаемым батареям в соответствии с более современным стандартом [5] и ранее приведенной классификацией.

Отечественные танковые батареи согласно стандарту [5] пока заводами промышленности не производятся.

- источники электроэнергии;

- потребители (приемники) электрической энергии;

- бортовая электрическая сеть (провода, коммутационная, защитная и вспомогательная аппаратура).

Источники электрической энергии, в свою очередь, объединены в систему электроснабжения (СЭС). Источники электроэнергии на БТР-80:

- основные: генераторы с регулирующей аппаратурой (генераторные установки);

- вспомогательные: стартерные аккумуляторные батареи, работающие параллельно с генераторами на бортовую сеть.

Номинальное напряжение бортовой сети БТР-80 при работе от аккумуляторных батарей равно 24 В, при работе от генераторов – (27–28) В.

Основным режимом работы батарей является стартерный режим разряда, когда батарея должна кратковременно обеспечить отдачу больших разрядных токов [1].

На бронетранспортере БТР-80 установлены две танковые батареи 12СТ-85Р1. Допускается установка двух автомобильных батарей 6СТ-190ТР [2]. Эти аккумуляторные батареи представлены в соответствии с рисунком 1.

а б

а – аккумуляторная батарея 12С85Р1; б – аккумуляторная батарея 6СТ-190ТР

Рисунок 1 – Батареи с отдельными крышкам на каждый аккумулятор

Танковые аккумуляторные батареи имеют гарантийный срок службы не менее 3 лет и выдерживают кратковременные ударные нагрузки, например, 12СТ-85 – до 20 g. Автомобильные батареи имеют гарантийный срок в среднем до двух лет и выдерживают кратковременные ударные нагрузки не более 15 g.

Аккумуляторные батареи типа 12СТ-85 выпускаются в исполнениях:

- 12СТ-85Р1, 12СТ-85РМ (с отдельными крышками на каждый аккумулятор);

- 12СТС-85АС1 (с общей крышкой).

При установке на бронетранспортер две батареи этого типа соединяются между собой параллельно.

Аккумуляторные батареи типа 6СТ-190 в выпускаются в исполнениях:

- 6СТ-190ТМ, 6СТ-190ТР (с отдельными крышками на каждый аккумулятор);

- 6СТ-190А (с общей крышкой), 6СТ-190АП (с общей крышкой и сепараторами-конвертами), 6СТ-190АПЗ (с общей крышкой и сепараторами-конвертами, малобслуживаемая) и др.

Батареи типа 6СТ-190 с общей крышкой представлены в соответствии с рисунком 2.

а б

а – танковая аккумуляторная батарея 12СТС-85АС1; б – автомобильная батарея 6СТ-190АП

Рисунок 2 – Батареи с общей крышкой

Батареи одного типа в различных исполнениях полностью взаимозаменяемы между собой.

По габаритным и присоединительным размерам батареи типа 6СТ-190 взаимозаменяемы с серийными танковыми батареями типа 6СТ-140 и
12СТ-70. Значит, их можно, в случае необходимости, установить на БТР-80. Две батареи типа 6СТ-140 при установке на БТР-80 соединяются между собой последовательно, а две батареи типа 12СТ-70 – параллельно. Напряжение как последовательно, так и параллельно соединенных батарей равно 24 В, а емкость – 140 А∙ч. Аккумуляторная батарея 6ТСТС-140А необслуживаемая представлена в соответствии с рисунком 3, а. В настоящее время эти батареи поставляются главным образом в народное хозяйство

Батареи типа 6СТ-132 (рисунок 3, б) также можно устанавливать на бронетранспортер БТР-80. По своим габаритным и присоединительным размерам батареи этого типа взаимозаменяемы с танковыми батареями типа 12СТ-85. Так же, как и батареи типа 6СТ-190 при установке на БТР-80 две батареи типа
6СТ-132 соединяются между собой последовательно.

а б

а – аккумуляторная батарея 6ТСТС-140А необслуживаемая; б – аккумуляторная батарея 6СТ-132L

Рисунок 3 – Аккумуляторные батареи типа 6СТ-140 и 6СТ-132

Аккумуляторные батареи, предназначенные для питания системы электростартерного пуска двигателя БТР-80, должны иметь суммарную емкость не менее 170 А∙ч [2]. Поэтому при установке батарей типа 6СТ-140, 12СТ-70 или 6СТ-132 следует уменьшить продолжительность попыток электростартерного пуска двигателя, их количество или увеличить продолжительность времени между попытками по сравнению с установленным.

Батареи типа 12СТ-85 устанавливаются на различных модификациях боевых машин десанта (БМД) и пехоты (БМП), на различных модификациях российских танков (Т-72, Т-80, Т-90).

Батареи типа 6СТ-190 устанавливаются на военной автомобильной технике (автомобили семейств «Мотовоз-1» и «Мустанг»), а также на автомобили, поставляемые в народное хозяйство (автомобили семейств «Урал» Миасского автомобильного завода и «КамАЗ» автомобильного завода в г. Набережные Челны).

Батареи типа 6СТ-140 устанавливаются на многоцелевой тягач легкий бронированный МТ-ЛБ и некоторые другие объекты бронетанковой и военной автомобильной техники.

Батареи типа 6СТ-132 устанавливаются на военной автомобильной технике (автомобили семейств «Мотовоз-1» и «Мустанг»), а также на автомобили «Урал» и «КамАЗ», поставляемые в народное хозяйство, на автомобили МАЗ, ГАЗ, автобусы ПАЗ, трактора ТДТ, Т-25, ЧТЗ, МТЗ.

Для значительного сокращения номенклатуры аккумуляторных батарей, устанавливаемых на бронетанковой и военной автомобильной технике, целесообразно использовать модульный принцип построения источников тока. Применение батареи-модуля решает следующие задачи: сократить номенклатуру батарей до одного типа, повысив эксплуатационную надёжность систем электростартерного пуска; разработать единые требования и нормы по эксплуатации, хранению и техническому обслуживанию батарей; унифицировать испытательные средства, оборудование и методы испытаний батарей. В основу модульного источника тока положена аккумуляторная батарея типа 6ТСТС-100А необслуживаемая. Модульные батареи предназначены для установки на все образцы бронетанковой и военной автомобильной техники, начиная от легковых автомобилей, выпускаемых Ульяновским автомобильным заводом, и заканчивая танками [3].

На бронетранспортер могут устанавливаться четыре параллельно-последовательно соединенные батареи-модуля 6ТСТС-100А (6ТСТС-100АЗ), представленные в соответствии с рисунком 4. Напряжение четырех параллельно-последовательно соединенных батарей-модулей 24 В, а их емкость – 200 А∙ч. Полюсные выводы батарей-модулей комбинированные.

а б

а – батарея-модуль 6ТСТС-100А необслуживаемая; б – батарея-модуль 6ТСТС-100АЗ необслуживаемая; в – комбинированный полюсной вывод

Рисунок 4 – Аккумуляторные батареи-модули типа 6ТСТС-100А

Устройство комбинированного полюсного вывода батарей-модулей и их подключение к бортовой сети БТР-80 представлено согласно рисунку 4, в.

Общие характеристики стартерных батарей различных типов [1], которые возможно установить на БТР-80, представлены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1 – Общие характеристики танковых, автомобильных батарей
и батарей-модулей, устанавливаемых на бронетранспортер БТР-80

Аккумуляторная батарея включает в себя несколько элементов, электрическая энергия в которых возникает в результате протекания химической реакции. Существуют несколько вариантов соединения элементов: последовательное, параллельное и смешанное. Каждый из них применяется на практике в зависимости от требований потребителя – необходимого значения емкости или величины выдаваемого на зажимах напряжения [1, Вайнел, с. 12].

При использовании аккумуляторной батареи в качестве источника тока при запуске генератора от преобразователя частоты расчет емкости накопителя, обеспечивающего нужное время резервирования, можно осуществлять по формуле:

(1)

где P_нагр – средняя мощность нагрузки, Вт; =0.8-0.85 – к.п.д. преобразования постоянного тока в переменный с помощью инвертора ; U_аб – напряжение АБ; C_ак – необходимая емкость, Ач; t_Р – необходимое время работы (разряда), ч; K_Р – рекомендуемый коэффициент глубины разряда аккумулятора – 0,5 – 0,7 (50-70%); K_g – коэффициент доступной емкости: при получасовом режиме разряда – 0,4 (40%); при одночасовом режиме разряда – 0,5 (50%); при двухчасовом режиме разряда – 0,65 (65%;) при десятичасовом режиме разряда – 1,0 (100%) [2, Курзуков , с.18].
Для выбора необходимого типа аккумуляторной батареи проведен сравнительный анализ наиболее распространенных типов химических источников тока [3, Багоцкий, с. 54], результаты которого представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики перезаряжаемых химических источников тока

Из приведенных данных видно, что наилучшими удельными характеристиками обладают литий-ионные аккумуляторные батареи, способные работать с высокой величиной напряжения единичного элемента равной 3,6 В, что позволяет значительно снизить массогабаритные показатели систем. К недостаткам следует отнести высокую стоимость и низкую надежность, так как для работы необходимы специальные схемы и управляющие ключи, ограничивающие номинальное напряжение на каждом элементе в течение заряда, а также датчики температуры и тепловые предохранители, препятствующие перегреву батареи.

Никель-металлогидные источники тока позволяют обеспечить 90% от номинальной емкости при небольших токах нагрузки, однако обладают самой большой величиной саморазряда в течение месяца, что вызывает дополнительные трудности в процессе эксплуатации и уменьшают срок работоспособности.

Никель-кадмиевые батареи способны к быстрому заряду в течение 15 мин, обеспечивают нагрузку большим током даже при – 20°С (60% от номинальной емкости), имеют самый широкий температурный диапазон работы, но обладают «эффектом памяти» – при зарядке аккумуляторной батареи не достигшей полного разряда снижается емкость, в последствии этого химический источник тока перестает держать заряд [4, Коровин Н. 46].

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (СКБ) обладают самыми низкими энергетическими характеристиками по сравнению с другими источниками тока, однако являются наиболее безопасными и экономичными для работы в качестве стационарного источника питания, кроме того, обеспечивают высокую надежность работы при значительных перепадах температур. Необходимо учесть, что саморазряд СКБ в 6 раз меньше по сравнению с никель-кадмиевыми батареями и в 10 раз ниже относительно никель-металлогидридных аккумуляторов, следовательно, 40% саморазряд от запасенной энергии у СКБ произойдет приблизительно за год, у никель-кадмиевой батареи через три месяца, никель-металлогидридного аккумулятора – через месяц [5, Коровин, с.42; 6, Андреев, с.54.].

Заряд СКБ, должен осуществляться в режиме, при котором ток должен сильно уменьшаться к концу процесса. Используется несколько стратегий заряда, которые требуют оборудования разной сложности и стоимости. Например, он может осуществляться при постоянном токе 0,1 С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором (рис. 1). Большинство производителей рекомендуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4-2,45 В на аккумулятор. Ускорение данного процесса достигается при увеличении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с рекомендациями производителей не более чем до 0,3 С. В отличие от щелочных источников тока, производители не рекомендуют производить гальваностатический заряд (при постоянном токе), свинцово-кислотных батарей.

Рисунок 1 – Плавающий режим подзаряда аккумуляторов в источнике бесперебойного питания.

На срок службы аккумуляторов наибольшее влияние оказывают: режим эксплуатации: режим и глубина разряда, продолжительность паузы между зарядом и разрядом; рабочая температура, периоды эксплуатации и хранения.

Рассмотрим особенности работы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. На рисунке 2 показано изменение срока службы в зависимости от глубины разряда. На рисунке 3 приведена зависимость срока эксплуатации источника тока от режима его заряда.

Рисунок 2 – Зависимость срока службы герметизированных свинцово-кислотных АБ от глубины разряда (при 20-25 °С).

Рисунок 3 – Влияние режима заряда на срок службы герметизированных свинцово-кислотных АБ при эксплуатации в буферном режиме.

Из рисунка 3 видно, что при многократных переразрядах снижается разрядная емкость и уменьшается срок службы. Такие же изменения могут происходить и при длительном хранении батарей в разряженном состоянии.

На рисунке 4 показано изменение величины наработки в циклах никель-кадмиевых батарей SAFT стандартной серии в зависимости от глубины разряда аккумуляторов.

Ni-Cd аккумуляторы обладают достаточно хорошей устойчивостью к случайным переразрядам.

Рисунок 4 – Наработка герметичного Ni-Cd аккумулятора SAFT стандартной серии при различной глубине разряда током 0,2 С.

Анализ характеристик свинцово-кислотных и Ni-Cd АБ, приведенных на рисунках 2 и 4 соответственно, показывает способность последних выдерживать большее количество циклов зарядки-разрядки.

На основании выполненного анализа АБ различных типов для обеспечения запуска и работы генератора рекомендуется использовать свинцово-кислотный источник тока, способный выдерживать большие импульсы тока нагрузки, допускающий работу на плавающем заряде в течение длительного времени.

Однако, длительное хранение аккумуляторной батареи без обеспечения периодического заряда вызывает саморязряд источника тока, который значительно усиливается при увеличении температуры (рис.5).

Рисунок 5 – Саморазряд аккумуляторной батареи Casil [7]

Длительное хранение разряженного аккумулятора приводит к растворению сульфата свинца в электролите до полного насыщения, а затем его выпадению крупными кристаллами на поверхность анода и катода, образуя слой, изолирующий пластины от электролита. Поскольку сульфат свинца является диэлектриком, то остаточная емкость батареи значительно снижается. Следовательно, обязательным условием при использовании аккумуляторной батареи является недопущение сульфатации.

Для питания низковольтного электрооборудования на автомобилях с высоковольтной силовой сетью используются понижающие преобразователи постоянного напряжения с буферными аккумуляторными батареями [3, с.84].

Источники питания низковольтных потребителей получают энергию из высоковольтной сети. При неработающем двигателе, если аккумуляторная батарея в силовой сети разряжена, возникает необходимость в передаче энергии от буферной батареи в высоковольтную сеть, поэтому преобразователи в источниках электропитания низковольтных потребителей, как правило, выполняются реверсивными [4, с.96; 5, с.309].

Иногда водитель не может запустить двигатель своего автомобиля из-за разряженной аккумуляторной батареи (например, фары были оставлены длительное время с включенными). В этом случае общей практикой является подключение выводов проблемной аккумуляторной батареи к исправной батарее другого автомобиля − «прикуривание».

Эта операция небезопасна. Неквалифицированный пользователь может допустить переполюсовку, что приводит к выходу из строя части электронного оборудования, дугообразованию с нанесением пользователю электротравм, может произойти взрыв водорода под капотом, который является побочным продуктом работы аккумуляторной батареи.

«Прикуривание» в сети 42 В становится еще более опасным. Есть так же риск неверного соединения между собой сетей 14 В и 42 В. В целях обеспечения электробезопасности  выводы аккумуляторной батареи с напряжением 36 В и силовая электрическая сеть 42 В сделаны недоступными для «прикуривания».

На гибридных автомобилях, где напряжение в силовой сети достигает 150 ÷ 400 В, «прикуривание» запрещено.

Аккумуляторная батарея в сети 14 В может использоваться как для получения энергии от внешнего источника («прикуривание»), так и в качестве резервного источника энергии для батареи 36 В при ее разрядке (внутреннее «прикуривание»). На рисунке 1 показана структурная схема взаимодействия сетей 14 В и 42 В.

Рис.1.Структурная схема взаимодействия сетей 42 В и 14 В

ССГ – совмещенный стартер-генератор, 1 – трехфазный обратимый инвертор, 2 – аккумуляторная батарея 36 В, 3 – потребители в сети 42 В, 4 – реверсивный преобразователь постоянного напряжения, 5 – батарея 12 В, 6 – потребители в сети 14 В.

По результатам исследований специалистов фирмы Daimler Chrysler при температуре -10 ˚С достаточно всего лишь трех минут подкачки стартерной аккумуляторной батареи напряжением 36 В от батареи в сети 14 В, чтобы прокрутка двигателя была успешной. При этом из сети 14 В потребляется ток 50 А [6, с.142].

Для автомобильных реверсивных преобразователей напряжения 42/14 В обычно предлагается такая реализация силовой схемы (Рис.2) [6, с.142].

Рис.2. Схема реверсивного преобразователя напряжения

В режиме передачи энергии из сети с напряжением 42 В в сеть с напряжением 14 В работают транзистор VT1, диод VD2 и дроссель L. В такой конфигурации схема выполняет функции однотактного регулируемого преобразователя понижающего типа. Вход и выход преобразователя гальванически связаны.

Схема на рис. 2 позволяет получить на выходе 14 В напряжение меньше напряжения 42 В на входе. Стабилизаторы подобного типа содержат силовой регулирующий транзистор VT1, фильтр L и VD2, и схему управления, состоящую из импульсного элемента; схемы сравнения и усилителя.

В стабилизаторе реализован режим широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), тогда постоянная составляющая в выходном напряжении равна: [7, с.97]:

U_вых = U_вх γ,                                                           (1)

где величина γ показывает какую часть периода T силовые транзисторы находятся в проводящем состоянии (коэффициент заполнения).

Регулировочная характеристика (1) выполняется при безразрывном токе дросселя, для этого необходимо, чтобы  L > L_кр.

L_кр = U_вых (1 – γ)/2f_п·I_{н min},                                                      (2)

где f_п – частота преобразователя, I_{н min} − минимальный ток нагрузки.

Преобразователь повышающего типа дает возможность получать напряжение на выходе больше, чем на входе. В этом режиме работают транзистор VT2, диод VD1 и дроссель L (Рис.2).

В этом режиме в интервале, когда регулирующий транзистор VT2 открыт, ток дросселя L растет. На коммутирующий диод VD1 подается запирающее обратное напряжение, которое равно напряжению в высоковольтной сети. Напряжение на дросселе равно напряжению в низковольтной сети, т.е. 14 В, в дросселе накапливается электромагнитная энергия. При запирании транзистора VT2 в обмотке дросселя наводится ЭДС самоиндукции, которая суммируется с напряжением низковольтной сети. В интервале непроводящего состояния регулирующего транзистора под действием суммы напряжения в сети 14 В и ЭДС самоиндукции обмотки дросселя отпирается коммутирующий диод VD1 и энергия из дросселя начинает поступать в сеть 42 В. Напряжение на закрытом транзисторе VT2 равно выходному напряжению стабилизатора. Постоянная составляющая выходного напряжения в этом режиме работы схемы равна [7, с.112]:

U_вых = U_вх γ/(1 – γ)                                                         (3)

Отметим, что преобразователи повышающего типа имеют худшие массогабаритные показатели и КПД по сравнению с понижающей схемой [7, с.112; 8, с.40].